автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Анализ и разработка микроволновых модулей передающих активных фазированных антенных решеток

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ "КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

РГ6 Ой

На правах рукописи

ЮШИН АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ

УДК 621.372.029:621.382

АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МИКРОВОЛНОВЫХ МОДУЛЕЙ [£РЕДАЮЩИХ АКТИВНЫХ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Специальность 05.12.07 - Антенны и устройства СВЧ

Авторэферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киеа - 199С

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в научно-исследовательском институте новых физических и прикладных проблем Минмашпрома Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук

Конин В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Мачусский Е.А.

кандидат технических наук Стериополо Е.А.

Ведуидя организация: АО НШ "Сатурн", г. Киев

4С {) <4 Лч ^^ Защита состоится: " " _1996 г. в Л2._ на

заседании Специализированного Совета К 01.02.21 Национального

технического университета Украины "КПИ" по адресу: 252056,

Киев - 56, пр. Победы, 37, НТУУ "КПИ".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального технического университета Украины "КПИ".

Автореферат разослан " р.

Ученый секретарь Специализированного Совета К 01.02.21 кандидат технических наук

Кудинов Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Основным направлением развития радиолокационной техники на протяжении последних десятилетий является расширение области ее применения от чисто военных задач и навигации до экологического мониторинга и поиска полезных ископаемых, что стало возможным в результате бурного развития многофункциональных радиоэлектронных систем (РЗС).

Многофункциональность РЭС основывается на совершенствовании их микроволновых трактов и замене классических передатчиков и антенн активными фазированными антенными решетками (АФАР). Проектирование АФАР возможно лишь при широком применение твердотельной элементной базы, которая в настоящее время стремительно расширяется и улучшается качественно.

Микроволновые устройства на основе полупроводниковых приборов, которые получили название активных модулей (АМ) СВЧ, проектируются в виде отдельных законченных конструкций, осуществляющих функции формирования сложных сигналов, управления их фазой и амплитудой, усиления и коммутации, преобразования частоты и др. Следует отметить, что АМ стали находить широкое применение и в микроволновых трактах передатчиков РЭС классического типа при использовании сложных зондирующих сигналов, и в передатчиках микроволновых систем связи, особенно при использовании космических носителей.

Особенность АМ передающих микроволновых трактов заключается в том, что они должны выполнять свои функции на высоком уровне мощности (ВУМ), рассеивать большую СВЧ мощность в небольшом ограниченном объеме, в то время, как полупроводниковые элементы, как правило, нормально работают при ограниченном уровне входной мощности. Поэтому актуальной научно-технической задачей является определение закономерностей распределения рассеиваемой мощности полупроводниковыми приборами АМ передающих микроволновых трактов. Не менее актуальной при проектировании АФАР является задача определения параметров АМ, работающих при переменной несогласованной нагрузке, что является типовым режимом работы АМ СВЧ, расположенных в выходных каналах АФАР.

л

- "± -

Несмотря на то, что исследованиям и проектированию АМ посвящено довольно много научно-технических публикаций, возможности этих устройств далеко не исчерпаны, их параметры и характеристики постоянно совершенствуются. В настоящее время отсутствуют работы, в которых достаточно полно освещались бы вопросы их проектирования на ВУМ и в режиме с переменными несогласованными нагрузками, методы анализа энергетических характеристик их элементов, математические модели и инженерные методики расчета различного вида АМ и их основных функциональных устройств, позволяющие аналитическим путем осуществить оптимальный выбор схемо-технического решения и с помощью численного экспериментирования на ЭЦВМ оптимизировать их энергетические и электрические характеристики.

Известные конструкции микроволновых АМ и их отдельных функциональных устройств часто не отвечают требованиям оптимального размещения полупроводниковых приборов (ППП) и других элементов с целью оптимизации их энергетических и электрических характеристик, паразитного излучения и теплового режима на ВУМ. Существующие методы анализа характеристик АМ и математические модели их элементов и узлов не позволяют в полной мере сформулировать эти требования для практической реализации и использования.

Устранение отмеченных выше пробелов имеет большое научное и практическое значение и является основным направлением исследований в данной работе.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является разработка, анализ и оптимизация энергетических и электрических характеристик микроволновых модулей и их функциональных устройств, работающих на высоком уровне СВЧ мощности и на несогласованную нагрузку в составе активных фазированных антенных решеток.

Поставленная цель достигнута решением следующих задач:

1. Разработка метода анализа определения распределения рассеиваемой мощности между диссипативными элементами СВЧ цепей, работающих на в™ и на несогласованную нагрузку.

2. Разработка математических моделей, численное исследование я оптимизация энергетических и электрических характеристик функциональных устройств микроволновых модулей.

3. Разработка инженерной методики расчета распределения мощности з многокаскадном соединении микроволновых устройств.

4. Разработка новых конструкций и экспериментальные исследования микроволновых модулей, их функциональных устройств и фрагмента АФАР.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При решении поставленных задач использовались методы теории цепей, теории матриц, теории вероятности и числовые.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В работе получены такие новые научные результаты:

1. Впервые разработан, обоснован и использован в проектировании метод анализа распределения рассеиваемой мощности между элементами в цепях из диссипативных многополюсников.

2. Впервые разработан, обоснован и использован в проектировании приближенный метод, позволяющий аналитическим путем исследовать характеристики соединения многополюсников СВЧ и нагрузок с учетом неидеальности их компонентов.

3. Определены условия равномерного поглощения мощности элементами в многокаскадном соединении четырехполюсников.

4. На базе предложенных методов разработаны математические модели устройств СВЧ и их совокупности, позволяющие оптимизировать энергетические и электрические характеристики АМ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В работе получены такие новые практические результаты:

1. Разработана инженерная методика расчета распределения мощности в многокаскадном соединении микроволновых устройств и элементов АМ на базе предложенных методов.

2. Предложены оригинальные схемотехнические и конструктивные решения ряда микроволновых устройств АМ, направленные на улучшение радиотехнических параметров и оптимизацию энергетических характеристик.

3. На основе анализа и результатов экспериментальных исследований разработаны рекомендации по оптимальному конструированию АФАР, модулей и их функциональных устройств, работающих на высоком уровне мощности.

4. Разработаны и исследованы экспериментальный образец передающей активной фазированной антенной решетки, микроволновые модули, осуществляющие функции коммутации и преобразования сигнала, а также функциональные микроволновые устройства, входящие в их состав. Результаты исследований подтверждают основные теоретические выводы работы и позволяют осуществлять разработку полномасштабной передающей АФАР.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Диссертационная работа выполнена в обеспечение плана основных НИОКР НПО "КВАНТ", НИИ новых физических и прикладных проблем. Результаты использованы в разработках этих предприятий, на опытном заводе "КВАНТ", серийном заводе "БУРЕВЕСТНИК". Новизна научно-технических решений защищена авторскими свидетельствами [8,12,133.

АЛПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты проведенных исследований обсуждены на конференциях и семинарах:

- Второй межведомственной конференции "Машинное проектирование устройств и систем СВЧ", г. Киев, 1974;

- XX научно-техническом семинаре МРП СССР по теории и технике антенн, г. Москва, 1974;

- Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математическое моделирование физических процессов в антенно-фидерных трактах", г. Саратов, 1990;

- Всесоюзной научно-технической конференции "ФАР и их элементы: автоматизация проектирования и измерений", г. Казань, 1990;

- Первой научно-технической конференции Киевского военного инженерного училища связи, г. Киев, 25-26 ноября 1993 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в 14 печатных работах. Список работ приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и библиографического списка из 115 наименований. Работа содержит 140 страниц текста, 65 рисунков на 50 страницах, 14 страниц таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная и практическая новизна и дается краткая аннотация всех разделов.

В ПЕРВОМ РАЗДЕЛЕ рассмотрены вопросы места и роли АФАР и микроволновых АМ в составе радиоэлектронных систем, проанализирована структура и основные параметры АМ. Проведен критический обзор основных известных методов теоретического анализа электрических и энергетических характеристик микроволновых устройств. Сформулированы основные нерешенные задачи.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ изложен метод анализа распределения мощности в произвольном соединении многополюсников, несогласованных нагрузок и генераторов, матрицы рассеяния Б и матрица Г которых известны. Сущность метода заключается в последовательном целенаправленном преобразовании исследуемой цепи от нагрузок к генераторам и обратно со строгим учетом изменения коэффициентов отражения и передачи соединения каждого многополюсника с несогласованными нагрузками и генераторами; вычислении коэффициентов матрицы рассеяния соединения Р=(Е-!5Г)учитывающей все переотражения в соединении; определении затем падающих а и отраженных Ь волн в любом сечении цепи. Поглощенная каждым многополюсником мощность определяется как разность сумм всех нормированных падающих и отраженных мощностей на его входах.

Метод использован для определения распределения мощности в цепи, рис.1а. Мощность Рпэд, поступающая от генератора в диссипативную цепь делится на: отраженную Ротр* переданную в нагрузку РПер, рассеиваемую в цепи Ррас- Уравнение сохранения энергии для соединения (рис.1б) четырехполюсников (ЧП) в нормированном к падающей от генератора мощности виде:

|4|2 I|2 |Ь2|2

= 1 +

(1)

■р хг — Г5 ] — ГБ 1 — [Б. 1 ---- [Б ] ---- [Б ] — гн

а)

Vа;

Ь' = а' 2 1

б)

V

а;= ъ;

а2'=Ьн

г

-0-

I- 1 !■ 1 НЧ-Н

п

в)

Рис.1. Каскадное соединение ЧП: а - общее; б - выделенных ЧП; в - проводимостей У, параллельно включенных в линию передачи.

Р/РпоЗ

а)

Р/Рпад

Ю

го за

06

0.3

о.е о А 0,2

Рис.2. Зависимости распределения мощности от проводимости У1=У2 в двухкаска7июм соединении: а - 1=А/2; б - 1=Л/4.

С учетом связи падающих и отраженных волн с элементами матрицы рассеяния соединения определена рассеиваемая мощность РрасШ в любом 1-м четырехполюснике:

Ррас(Ч) (2) -=(1- |рц(и |2)|Г21(1_1) |2-(1-|РЦ(1+1) 12)|р21(1) I2;

I а.112

Здесь под элементами Г(1) понимаются элементы матрицы соединения 1-го ЧП с несогласованной нагрузкой в выходных плечах и согласованным генератором во входных плечах, а под элементами Р^)- элементы матрицы рассеяния каскадного соединения от первого до 1-го ЧП с согласованной нагрузкой в выходных и несогласованным генератором во входных плечах.

Накладывая условие равного рассеивания мощности в каждом из двух ЧП в виде проводимостей Ч± и У2, параллельно включенных в линию передачи на расстоянии 8=2я1/Л друг от друга (рисЛв), после преобразований можно получить:

16

^пвр = ;

А2 - 2АУ1Угсоз28 + У^Уг2 и 16У2

Ррас = ; (3)

А2 - 2АУ1Уосоз28 + У12У22 У12(А2-2АУ1У2СОз2В+У12У22)+8У1Уй(Асоз28-У1У2)+16У2

л

Ротр= ;

(2+У1) (А2-2АУ1У-2С0528+У12У-22)

где А = (2+У1)(2+У2) = 4+2У1+2У2+У1У2-

Отсюда определена взаимосвязь У^ и У2 в одном 3!3 следующих видов:

У1(1-соз29)У22+[2У1(1-СО528)-2:У2 + 2УА = 0.

»С1£ ^

У1 --

(1-СОЗ28)У22+2(1-СОЗ28)У2 +2

-1 гл - 1и _

Отмечено, как частный вывод, что из условия физической реализуемости при четвертьволновом расстоянии и одинаковой рассеиваемой мощности нормированная проводимость первого каскада не может превышать 0,25 и, следовательно, реальное максимальное ослабление ограничено величиной 25 - 30 дБ.

Аналогичные выражения получены для последовательно включенных сопротивлений Ъ\ и 12 и для Г-образного включения проводимости У1 и сопротивления Ъ^.

Расчетные характеристики распределения мощности в двух-каскадном соединении ЧП приведены на рис.2 - рис.3.

Для п-каскадного соединения условия равенства рассеиваемой мощности любой 1-ой неоднородности в общем виде для п>2: 1-1

П (Утрк)2

-^-(5)

(V (! -1 > В (1 -1) + (Утр (1 -2)) 2В (1 )2

где В0 = 0; В1 = 1;

Ва = У(1-1)В(1-1)+(Утр(1-2))2В(1-2);

Утр - проводимость отрезка линии передачи, соединяющей

соседние неоднородности.

Графики взаимосвязи У1 и в п-каскадном соединении ЧП, расчитанные по выражению (5), приведены на рис.4.

Сущность определения влияния неидеальности характеристик многополюсника и нагрузок на параметры их соединения заключается в разложении используемой для этого обратной матрицы (Е-БГ)-1 в степенной ряд функций от матриц. Для этого положено, что для идеального многополюсника Б0 и идеальных нагрузок Г0 можно ввести следующее равенство:

(Е - ЗоГоГ1 = Е + (Е - БоГо)"^, (6)

где Ъ - поправочная матрица, позволяющая произвести данное преобразование. После преобразований получено:

со

Р = Е (БоГо)" Бо. п-о

Рис.3. Частотные зависимости распределения мощности: а - при 1=А/2; б - при 1=А/4.

Рис.4. Зависимости Yi=f(Yi) при Ppaci=Ppaci:

Выражение (?) дае? возможность преобразовать обратную матрицу в степенной ряд функций от матриц в общем случае с комплексными коэффициентами. Такое разложение корректно, если собственные числа матрицы S0Г0 по модулю меньше 1. Сходимость ряда позволяет при анализе микроволновых устройств с наперед заданной точностью использовать конечное число членов ряда.

Обозначив через ds разницу между элементами матриц рассеяния реального и идеального многополюсников, а через dr разницу между идеальными и реальными нагрузками можно записать:

со

F = L (SoTo + S0dT + dST0 + dSdT)n(S0 + dS). (8)

n-o

Выражение (8) позволяет вычислить со сколь угодно малой, наперед заданной погрешностью, матрицу рассеяния соединения реального многополюсника с реальными нагрузками без операции обращения обратной матрицы.

Оценка точности решения, получаемого по предлагаемому методу, путем сравнения с расчетами однокаскадного pin-выклю-чателя по методу с использованием обращения матрицы (E-Solo), показывает, что при заданной погрешности разложения 17., вычисления совпадают с точностью до третьего знака.

В ТРЕТЬЕМ РАЗДЕЛЕ с помощью математических моделей исследованы некоторые АМ и их компоненты: ключевые элементы аттенюаторов, фазовращателей, выключателей на pin диодах; твердотельный микроволновый усилитель, система распределения мощности (СРМ) и др. В качестве математических моделей использованы полученные на основе разработанного метода зависимости рассеиваемой, переданной и отраженной мощности от параметров эквивалентных схем рассматриваемых устройств.

Усилитель последовательно-параллельного типа состоит из п каскадов усиления, сумматора мощности, направленных ответ-вителей и фазовращателей. Выходы всех усилителей подключены ко входам сумматора через НО и фазовращатели. Вход первого каскада усиления является входом всего устройства. Вход каждого последующего каскада подключен к выходу предыдущего через НО. Выход сумматора является выходом всего устройства.

На основе анализа структурной схемы определена связь коэффициента усиления Ку и выходной (передаваемой) мощности Рвых п-каскадного усилителя последовательно-параллельного типа с входной (падающей) МОЩНОСТЬЮ Рвх и коэффициентом усиления одного каскада Kyi:

( Рвых = nPBx(Kyi - 1 + 1/п) % nPsuxi;

< (9)

^ Ку = n(Kyi - 1 + 1/п) % nKyl.

Установлено, что чем больше каскадов и чем больше усиление этих каскадов тем ближе рассматриваемый усилитель по уровню выходной мощности к усилителю параллельного типа и по коэффициенту усиления к усилителю последовательного типа при одинаковом количестве каскадов.

Для определения основных конструктивных размеров СРМ последовательного типа на связанных линиях по заданному распределению мощности и фазы сигнала на ее выходах определены нормированные электродинамические волновые сопротивления р и г каждого ответвителя в результате решения системы уравнений:

Km = (rm/pm)z;

р2^ - Г^ГП = 1;

Ш-1

f(-)

п-1

Km = - ; (Ю)

гГ- к-1

Е f С-)

^ к=т п-1

где: п - количество выходов СРМ;

m - рассматриваемый выход СРМ;

Кщ - коэффициент передачи по мощности ш-го НО СРМ;

f(x) - функция требуемого распределения мощности, фазы.

Необходимое распределение фазы на выходах СРМ устанавливается с помощью юстировочного фазовращателя. Условием сохранения требуемого фазового распределения в диапазоне частот

является равенство углов наклона ФЧХ всех выходов: ап = ат. Углы наклона определены дифференцированием ФЧХ соответствующих элементов (отрезка линии передачи, корректирующего фазовращателя, направленного ответвителя) выходов. С учетом этого:

п-1

[кип~'<кт+ Е(1/р1+ккн)] 1=П)

Ркт =

4

П-1

кюп"кют+ £ и/рг+кки) 1=111

(И)

1

+

где: кип=0п/2л - относительный фазовый сдвиг юстировочного фазовращателя п-го выхода СРМ;

Задав функцию фазового распределения на выходах СРМ и учитывая ФЧХ каждого элемента, можно по выражениям (10) и (11) рассчитать электродинамические параметры ркт, Гкт корректирующего фазовращателя ш-го выхода, обеспечивающего параллельность ФЧХ всех выходов.

На основе численного исследования характеристик аттенюатора [83, в качестве математической модели которого использовались математические выражения зависимости рассеиваемой, передаваемой и отраженной мощности от проводимости используемых диодов, определенные во втором разделе, разработаны рекомендации по повышению уровня рабочей мощности. В частности установлено, что для мощных многокаскадных аттенюаторов наиболее приемлемой схемой построения является схема включения диодов через отрезки линии передачи длиной 1/2 при параллельном и последовательном включении и Л/4 при Г-образном включении диодов в линию передачи. Выполнение этого требования позволяет:

- рассеять не более половины падающей мощности в диодах;

- существенно увеличить количество эффективно используемых диодов и тем самым повысить уровень рабочей мощности;

- управлять всеми диодами одним сигналом;

- иметь больший динамический диапазон вносимого ослабления при меньшем числе каскадов.

С целью увеличения быстродействия и улучшения эксплуатационных параметров в целевых модулях предложено использование тонкобазовых корпусных pin диодов [133. С помощью анализа эквивалентной схемы такого устройства получено выражение его эквивалентной проводимости, которое было использовано в разработанной математической модели многокаскадного аттенюатора для численного исследования характеристик мощного волноводно-го аттенюатора на основе щелевых резонансных модулей.

ЧЕТВЕРТЫЙ РАЗДЕЛ посвящен аппаратурной реализации и экспериментальным исследованиям фрагмента АФАР, АМ и оригинальных конструкций микроволновых устройств, входящих в их состав. В разделе сформулированы схемоконстукторские и технологические рекомендации, позволяющие увеличить их уровень рабочей мощности, экранировку и широкополосность. На основании большого объема исследований сделан вывод о достоверности теоретических выводов и разработанных математических моделей.

Основу восьмиканального фрагмента АФАР составляют микроволновые АМ и функциональные устройства, разработанные с использованием результатов диссертационной работы. В состав экспериментального образца АФАР входят: блок предварительного усиления с активными модулями, CFM, блок-строка с активными модулями, апертура, блок сумматор, система питания, система управления и контроля, система охлаждения. Фрагмент имеет следующие основные параметры:

- мощность излучения: импульсная (Вт)......не менее 160;

- мощность рассеиваемая: на 1 элемент (Вт)..не более 20

средняя (Вт)

не менее 15

- КПД (7.)

на 1 кв.м (кВт)....не более 8 ..................не менее 10

- амлитудкое распределение по апертуре

у ре..... равномерное

.............. О,56А

электрический диполь

расстояние между изл. элементами излучающий элемент..............

- пределы отклонения луча по азимуту (град)

.........+55

не менее 50

- общий Ку от входа до апертуры (дБ)

- количество дискретов фазовращателя

- величина фагового дискрета (град).

- габариты (см).....................

...... 22,5;

500x700x800.

Одним из принципиальных вопросов при проектировании АФАР является исследование энергетических параметров излучаемого сигнала. Исследование соотношения сигнал/шум фрагмента АФАР показало, что выигрыш отношения с/ш при суммировании мощности каналов 30 АФАР составляет 5.3дБ по отношению к одноканально-му передающему устройству.

Результаты разработки и экспериментальных исследований позволяют прогнозировать параметры полномасштабных АФАР и проектировать их путем наращивания количества каналов используя готовые технические решения.

Реализация теоретических рекомендаций и инженерной методики расчета на ВУМ позволила увеличить уровень рабочей мощности многокаскадного волноводного pin аттенюатора. Экспериментальные исследования показали, что устройство устойчиво работает на уровне рабочей мощности в непрерывном режиме до 80 Вт, что полностью соответствует расчетам. При работе устройства в ключевом режиме уровень рабочей мощности может быть увеличен до 600 Вт, в то время как используемый pin диод может рассеять 2 Вт.

Для использования в инженерной методике в качестве исходных данных впервые экспериментально определены зависимости вносимого ослабления и эквивалентной нормированной проводимости от управляющего тока, зависимости температурного коэффициента напряжения от управляющего тока и уровни предельных допустимых мощностей различных вариантов многоцелевых модулей на pin диодах (см. табл).

В процессе экспериментальных исследований выявлено влияние длительности, задержки и амплитуды вытягивающих импульсов на величину вносимого ослабления pin аттенюатора и предложен способ регулирования выходной мощности АМ с использованием этого эффекта.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ в сжатом виде приведена информация про основные результаты работы.

Л Г1

1 /

Зависимость предельного уровня падающей мощности Рпад от количества щелей и режима работы модулей на диодах 2А505А

1 сЮЛЛДс!

Количество щелей 1 2 3 4 5

Рпад (Вт) в режиме пропускания 22 44 6В 88 110

ослабления 6дБ 4 8 12 16 20

запирания 27 29,2 31,4 33,6 36

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан, обоснован и апробирован при проектировании ряда микроволновых активных передающих модулей новый метод, позволяющий определить распределение рассеиваемой мощности между диссипативными элементами микроволновых цепей.

2. Впервые разработан, обоснован и апробирован при проектировании ряда микроволновых устройств приближенный метод, позволяющий аналитическим путем исследовать микроволновые многополюсные цепи с учетом неидеальности характеристик их компонентов.

3. Впервые определены условия равномерного поглощения микроволновой мощности диссилативными элементами в многокаскадном соединении микроволновых четырехполюсников.

4. На основе предложенного метода разработаны математические модели ряда микроволновых устройств активных передающих модулей, позволяющие путем численных экспериментов на ЭВМ осуществить оптимизацию их энергетических и электрических параметров. При этом получены зависимости распределения рассеиваемой, переданной и отраженной микроволновой мощности для каждого каскада многокаскадного аттенюатора от проводимости используемых полупроводниковых элементов и определено оптимальное с точки зрения повышения уровня рабочей мощности расстояние между ними.

л о - ХО -

5. Для проектирования систем распределения мощности последовательного типа, используемых в АФАР и некоторых усилителях мощности, разработана методика синтеза ее основных конструктивных размеров по заданной функции амплитудного и фазового распределения сигнала на ее выходах.

6. Разработана инженерная методика расчета распределения мощности в многокаскадных микроволновых устройствах и, в частности, определены для нее аппроксимирующие зависимости вносимого ослабления многокаскадного аттенюатора от ослабления одного каскада.

7. Предложены, теоретически к экспериментально исследованы оригинальные схемотехнические и конструктивные решения ряда микроволновых устройств, направленные на оптимизацию их характеристик и минимизацию рассеиваемой мощности.

8. Разработаны и исследованы фрагмент передающей активной фазированной антенной решетки и активные модули, входящие в ее состав.

9. Новым путем (с помощью предложенного метода) получены как частные случаи ряд известных научных результатов.

10. На основе использования результатов выполненных исследований впервые разработан ряд приборов, блоков и узлов современных радиоэлектронных систем, которые были внедрены в серийное производство и используются в Украине и за рубежом.

Основные результаты проведенных исследований изложены в следующих печатных работах:

1. A.c. 1753515 СССР, МКИ Н01р 1/22. СВЧ аттенюатор / В.В.Загоруико, А.И.Юшин. Заявл. 23.10.89; Опубл. 07.08.92'. Вол. N 29.

2. А.с.634403 СССР, МКИ Н01р 1/22. Сверхвысокочастотный аттенюатор / В.П.Нарбут, В.А.Фурман, А.И.Шин. Заявл. 05.01.77; Опубл. 25.11.78. Вол. N 4378.

3. А.с.950128 СССР,МКИ Н01р 1/22. Волноводный коммутирующий модуль / Е.П.Нарбут, А.И.Шин. Заявл. 17.04.78; Опубл. 07.08.82. Вол. N 29.

4. Анализ энергетических характеристик каскадного соединения диссипативных СВЧ четырехполюсников / В.В.Загоруйко, В.П.Коваль, В.П.Нарбут, А.И.Шин // Изв. ВУЗов СССР. Сер. Радиоэлектроника.- 1992.- Т.35.- N 11,- С.18-25.

5. Загоруйко B.B., Юшин А.И. Алгоритмы расчета поглощения в каскадно-соединенных диссипативных волновых четырехполюсниках // Депонированная рукопись ДР-2475 от 02.06.85,- Л.:

ITT TTjTT* IIT~W »Л 11 ГЧЧТ nru-------------tt A *QQP Г>, .-г* С П

цгш« гуми , ohj оудииТриенпе . лэои. оыи.О. э и.

5. Загоруйко В.В., Юшин А.И. Вопросы проектирования pin аттенюатора высокого уровня мощности // Судостроительная промышленность. Сер. РЛ.- 1986.- Вып.30.- С.33-38.

7. Загоруйко В.В., Шин А.И. Повышение эффективности повышающих преобразователей частоты на варакторных диодах // Вопросы судостроения. Сер. ОТ,- 1985.- Вып. 86.- С.78-82.

8. К синтезу системы распределения мощности на связанных линиях / Б.М.Заикин, В.В.Конин, Е.П.Нарбут, А.И.Юшин // Вопросы судостроения. Сер. ВТ.- 1976.- Вып.10,- С.78-85.

9. Матрица рассеяния невзаимного восьмиполюсника с реальными нагрузками / С.С.Глущенко, В.П.Нарбут, А.Х.Шмуклер, А.И.Юшин // Сб. науч.тр. "Методы и приборы для анализа состава вещества" / ВНИИАП.- 1974.- Вып.5.- С.119-126.

10. Метод определения влияния коэффициентов отражения нагрузок на параметры реального многополюсника / С.С.Глущенко, В.П.Нарбут, А.Х.Шмуклер, А.И.Юшин // Сб."Машинное проектирование систем и устройств СВЧ". - Киев: Знание, 1974.-Вып. 1.- С.15-16

11. Метод определения матрицы рассеяния многополюсника с реальными нагрузками / С.С.Глущенко, В.П.Нарбут, А.Х.Шмуклер, А.И.Шин // Радиотехника и электроника.- 1976.- Т. 21, вып.10.- С.2109-2116.

12. Результаты экспериментальных исследований волновод-ных смесительных камер / З.В.Антропова, В.В.Загоруйко, К.И.Казак, А.И.Шин // Вопросы судостроения. Сер. ОТ.- 1982.-Вып. 65.- С.89-93.

И

13. Результаты экспериментальных исследований многодиодного аттенюатора высокого уровня мощности / Ю.Г.Роженко , ^ А.С.Сокирина, Н.И.Федяев , А.И.Юшин // Судостроительная про- ^ мышленность. Сер. РЛ.- 1986.- Вып.30.- С. 44-52.

14. Экспериментальные исследования pin аттенюатора сан- ^ тиметрового диапазона /Н.И.Казак, В.П.Нарбут, Ю.Г.Роженко, Депонированная рукопись ДР-627 от 12.02.86.- Л.: _^у-мб", ВАУ "Судостроение". Сер. 4.- 1985.- Вып.4.- 8 с.

П'утеъно ро 3f>ytry f9-<?¿ 06p. Ч^орпат GO * ^^/гб. Ум. друк орк. 0,93. Ти/эпу/< ¿OO t?pi//4. ñar/o¿*eh'wfl A/f-ffl 2S2oy¿ , Л'с//"^, él'-i Ф/эунзе^ /бо/ло, ///)/ Н'РГ7П

О

АННОТАЦИЯ

Шин А.К.

АНАЛИЗ К РАЗРАБОТКА МИКРОВОЛНОВЫХ МОДУЛЕЙ ПЕРЕДАЮЩИХ АКТИВНЫХ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07 - Антенны и устройства микроволновой техники. Научно-исследовательский институт новых физических и прикладных проблем, Киев, 1996.

Предложен и обоснован новый метод анализа энергетических характеристик каскадного соединения диссипативных микроЕолкс-вых многополюсников, а также анализа характеристик соедикекил микроволновых устройств и нагрузок о учетом их неидеалькости. Приведены результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований характеристик экспериментального образца АФАР, микроволновых активных модулей и некоторых оригинальных функциональных устройств, входящих в их состав и работающих на высоком уровне входной мощности.

ABSTRACT

Yushin A.I.

ANALYSIS AND DEVELOPMENT OF MICROWAVE MODULES OF TRANSMITTING ACTIVE PHASED-ARRAY ANTENNAS

Ph. D. Thesis by speaoiality N 05.12.07 - Antennas anci microwave devices, Research Institute of New Physical and Applied Problems, Kiev. 1996.

New method of power characteristics analysis of cascade junction of dissipative microwave multipoles and analysis of characteristics of microwave multipoles and loads junction, considering' the:.г non-j.dealness,- is proposed and substantiated. Theoretical Analysis and experimental researches of experimental ДРАА-pattern characteristics, multicascade microwave active modules and several original functional devices, forming part of them, and operating on high level of input power,- were led.

Ключевые слова: микроволновые активные модули, передающие тракты, АФАР, методы анализа, энергетические характеристики, ко^утацкоккые устройства.