автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Анализ и синтез выходного тракта импульсно-фазовых радионавигационных передающих устройств с фидером

О»

^ О 1АК?

На правах рукописи

АЛЬ-НОМАН Халиль Али

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ВЫХОДНОГО ТРАКТА

ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ С ФИДЕРОМ

Специальность 05.12.17— Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор В. Ф. ДМИТРИКОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Э. В. СЫРНИКОВ; кандидат технических наук, доцент П. Ю. ВИНОГРАДОВ

Ведущая организация указана в решении диссертационного совета

Защита диссертации состоится « (X/ . ъ 1997 г.

в ,/с^. часов на заседании диссертациошюг» совета К 118.01.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « . . . » ¿^^г'. 1997 г.

/ Ученый секретарь диссертационного совета К 11S.01.01 к. т. н„ доцент

В. X. ХАРИТОНОВ

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем современной: юрии электрических цепей'(ЗД) является разработка методов анаша и синтеза систем и усттйптв, содержащих цепи с сосредото-¡иными и распределенными параметрами.

Такие системы и устройства находят широкое применение в раз-(чных областям.радиотехники и электроники: в связных, радиолока-юнных и радионавигационных передаовщх устройствах (РПдУ), где в йодном тракте ; . для' канализации электромагнитной энергии между шьтрующей полосовой системой и антенно-мачтовой - системой (AMC) адочен сфидер (цепь с распределенными параметрами); в различны^ вдиотелеметрических .сисЗтемах и т.д.

Сложность анализа переходных и установившихся процессов, зучение количественных и качественных характеристик передаваемых игналов временными, методами в таких устройствах состоит в том, го данные системы имеют сложные полосовые фильтрующие цепи, оточенные перед фидером, и сложные согласующие цепи, включенные зжду фидером и антенной. Поэтому переходные и установившиеся роцессы в них описываются обыкновенными дифференциальными урав-* ениями высокого порядка и ""дифференциальными уравнениями в ц,301'" ых производных.

В настоящее время разработаны аналитически^ методы исследо< алия ЭЦ с распределенными параметрами, работают»:? только н» рОстейшие виды нагрузок; только резистивная нагрузка, только ем-остная нагрузка или только индуктивная нагрузка. Аналитические етоды основаны на применении операционного преобразования Лаплас а и используют метод Фурье или метод Д'Аламбера.

' Как известно, решение для тока или напряжения в нагрузке да» ;е. в случае, когда в системе используется только-одна длинная ли-* ий; нагруженная на простейшую нагрузку, и отсутствуют другие капе"' бы то не было сосредоточенные элементы, отыскивается в виде есконечного ряда, оценка сходимости которого чрезвычайно сложна; i корни характеристического уравнения находятся численными методами на решения трансцендентных уравнений.

Задача анализа и синтеза систем с распределенными и сложными [епями,' состоящими ив сосредоточенных элементов, резко усложняет-¡я при. проектировании энергетически эффективных (КПД 85-90%) Клюевых тиристорных и тиратронных импульсно-фазовых радионавигаци-1нных передаицих устройств. Последние формируют сигнал в антенне : формой, близкой .к колокообразной и работают в пакетном режиме.

Для точного определения координат объекта с использованием радис навигационного координатно-временного паля в настоящее время зг даются жесткие требования к точности реализации формы огибающе радионавигационного ет.пульса тока в антенне и очень жесткие тр« бования к амплитудным соотношениям первых восьми полуволн реам зуемого радиоимпульса и их временному положению относительно nef вых восьми полуволн эталонного сигнала. Среднеквадратичное отклс нение первых восьми импульсов реализуемого сигнала от эталонно] не должно превышать IX; временной сдвиг высокочастотного наполж ния первых восьми полуволн пеализуемого радионавигационного сш нала относительно первых восьми импульсов эталонного не долж< превышать ±50 наносекунд при частоте высокочастотного заполнен! 100 кГц.

Такие жесткие требования к форме реализуемого сигнала и пульсяо-фазовых радионавигационных систем (ИФРНС) резко усложн: ют анализ и синтез данных устройств, поскольку для - упрощения ан лиза переходных процессов в ЭЦ с распределенными параметра ;"обычно,принимают допущения о малости потерь в длинных линиях. П тери. в длинных линиях влияют на искажение «формы передаваемых и формируемых импульсов тока и напряжения и могут принципиально позволить реализацию радиоимпульса требуемой формы, поэтому пр -небрежение потерями в ИФРНС недопустимо.В то же .время учет поте -в.длинных'линиях приводит к иррациональным операторным уравнен ■ям, - описывающим .процессы в радионавигационном импульсно-фазоЕ ' передатчике, и, существенно усложняют анализ переходных процессе • Отсутствие теории анализа и синтеза переходных и установ> ' шихся процессов, в системах, содержащее цепи с распределенными сложные цепи с сосредоточенными параметрами, привело к тому, * мощные' передатчики ИФРНС размещаются в непосредственной близос от. антенны,' ■ при этом в их выходном тракте отсутствует фидер. ( /нако такое размещение передатчиков под антенной высотой в ш . колькр'.сотен метров приводит к нарушению правил техники безоп; йоЬтй, при обслуживании И'эксплуатации мощных радиопередатчи {импульсная мощность сотни киловатт. - единицы мегаватт). . -• 6. передатчиках ИФРНС ,полосовая цепь выходного тракта син зйруется таким ■ образом;, чтобы.под действием S- дельта импул тока, вырабатываемого тиратронным генератором, формировался с нал требуемой формы. . ■

В настоящее время отсутствует формализованный синтез эле

рических цепей, реализующих требуемую передаточную функцию, а следовательно, требуемую форму сигнала под воздействием 5- дельта импульса, при наличии в схеме электрических цепей с распределенными и сосредоточенными параметрами. Поэтому данный синтез можно выполнить только через анализ процессов в цепях, которые обеспечат формирование радиоимпульса требуемой формы при заданном воздействии. Т.е. в данном случае структурный и параметрический синтез может быть осуществлен через анализ. Принципиально это очень сложная и громоздкая задача.

Таким образом, из изложенного выше следует, что поставленная в данной работе проблема без существенной доработки теории методов анализа переходных и установившихся процессов в передатчиках ИФРНС с фидером и методов синтеза выходного тракта по заданной форме радиоимпульса тока в антенне с учетом требований к ВЧ заполнениям радиоимпульса практически неосуществима.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является синтез выходного тракта передатчика ИФРНС с фидером (устройством с распределенными параметрами) формирующего сигнал сложно г заданной Форш.

Поставленная цель требует решения следующих зада^.

- разработки методики, синтеза ЗЦ с распределенными и сосредоточенными элементами, который включает в себя:

а) разработку структурно-паоаметрического синтеза 4МС по экспериментально измеренному входному импедансу в диапазоне частот;

б) разработку структурно-параметрического синтеза схемы за- , мещения фидера в виде искусственной длинной линии и оценки погрешности такого ¡замещения;

в) разработку методики синтеза выходного тракта передатчиков ИФРНС по требуемой характеристике передаточной функции, соответствующей заданной форме сигнала тока в антенне при воздействии на выходной тракт 6- дельта импульса тока. При синтезе выходного тракта используюгол наиденные при структурно-параметрическом сад-. Тезе схемы замещения ЛМС и фидера. Определение формы основного радионавигационного импульса тока в антенне и оценки отклонения формы реализуемого сигнала тока в антенне от эталонного.

' Методы исследования. Решение перечисленных задач. осуществляется на основе использования временных и частотных методов анали-, за линейных й структурно-нелинейных ЭЦ, теории матриц, методов

параметрической оптимизации и числ-нно^о анализа ЭД. а также м тодов нелинейного программирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следу

щем:

1. Проведен расчет тиратронного генератора (напряжения и т ка через тиратрон; схемного времени, предоставляемого тиратро для выключения; напряжения на разрядном конденсаторе и анодн контуре, потребляемую и выходную мощность и т.д.)-передатчи ИФРНС дальнего действия с фидером в выходном тракте.

2. Разработана методика структурно-параметрического синте выходного тракта передатчиков ИФРНС, содержащих сложные целя сосредоточенными и цепи с распределенными параметрами (фидер) реализующих требуемую форму радиоимпульса тока в антенне при вс действии 5-дельта импульса тока на выходной тракт. Данная мето* ка включает в себя: .'структурно-параметрический синтез схемы г тенно-мачтовой системы по входному импедансу; сивтез схемы за* дения фидера; структурно-параметрический'синтез всего выходнс тракта по частотной передаточной функции, соответствующей задг ной форме радиоимпульса тока в антенне при воздействии 5-дел1 импульса тока на выходной тракт ; временной анализ формы,радио! пульса тока в антенне; оценка отклонения полученного импульса ка в антенне от эталонного.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в с. дурцем:

- разработанные методики,'алгоритмы и программы струкг но-параметрического синтеза AMC и фидера по экспериментально : меренному в широком диапазоне частот входному импедансу; .

- разработанная, методика, алгоритмы и программа структ но-параметрического синтеза выходного тракта передатчиков ИФ по требуемой форме сигнала, метод анализа переходных и уставов шихся процессов, позволили проектировать, передатчики ИФРНС с фи ром при выполнении жестких требований к форме огибающей, к ВЧ полнению и'.уровню остаточных колебаний тока в "антенне;

- разоаботанная методика^ алгоритмы и программы струга .но-параметрического синтеза антенно-мачтовых устройств и фих имеют самостоятельное практическое значение при проектировг передающих и приемных устройств .различного назначения.

Реализация результатов работы: Основные' теоретические практические результаты диссертационной работы используют«

аебном процессе аспирантов и инженеров исследователей, а также ш дипломном проектировании в СПбГУТ

Апробация работы и публикации.. Сановные положения диссерта-юнной работы докладывались и получили одобрение на 48 (январь 395 г.), 49 (январь 1996 г.) и 50-й (январь 1997 г.) научно-тех-«еской конференциях профессорского-преподавательского состава ГГ им. проф. М.А. Вонч-Вруевича.

:новные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретичес-яе выводы и практические рекомендации, содержащиеся в диссерта-тонной работе, получены автором самостоятельно. Совместно с .т.н., профессором В: Ф.. Дыитриковым проведены анализ и обсужде-ле полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика структурно-параметрического синтеза выходного ракта передатчика ИФРНС с фидером по заданной форме сигнала при эздействии б - дельта функции импульса тока на выходной тракт, клочащего:

- стругагурно-параметрический синтез АМС по входному импедай-у, измеренное в широком диапазоне частот;

- структурно-параметрический синтез схеш замещения фидера в кде искусственной длинной линии и оценка погрезпссти наеденной хе>/к егмгц?ю;з f у.дега;,

2. Расчет ткратрсиного генератора, "коротких" иулульссв.т. е. еличшш конденсатора и дросселя разрядного контура (Ср,Ьр),анед-сго контура (0л,!-к). тока й напрякення на тиратроне, схемного рзмепи, предоставляемого г^г.тю'.г? для вкшменкя, потребляемой

выходной !з£т?1ссти и т.д. определяют из начальных услсклй.

3. Цэтод подавления остаточных ютлебезий тока з антенне.

Структура и объем работы. Диссертационная ргбота состоит из

ведения, пяти разделов, заключения, спис<са литературы. Работа одершгг 142 страницы машинописного текста, 57 рисунков и 9 таб-иц, списск литературы - 49 наименований. Общий объем диссертаця-«иой работы 180 страниц.

ССЩЕРЯД1ЕЕ РАБОТЫ

Во введении освещено состояние и актуальность развития метб-ов анализа и синтеза радиотехнических систем и устройств, содер-£щих цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами. Подана особая сложность анализа и синтеза импульсно-фазовых ради-

- б -

онавигационных передающих устройств о фидером (длинной линией) содержащих полосовые цепи перед фидером и цепи согласован/и ан тенны с фидером в полосе частот и формирующих сигнал сложной фор мы, к которому предъявляются жесткие требования не только к форм огибающей, но также амплитудным и временным соотношениям высокс частотного заполнения. Сформулирована цель исследования и лолояе ния диссертации, выносимые на защиту.

Б первом разделе показано, что использование фидера в выхо? ном тракте передатчика ШРНС приводит к резкому усложнению анаю за процессов в нем, v.к. электромагнитные процессы будут опись ваться системой обыкновенных дифференциальных уравнений и сиск мой дифференциальных уравнений в частных производных. У казане что современные требования к выполнению заданных амплитудных фазовых соотношений ВЧ заполнения радионавигационного сигнала формой близкой к колокообразной

iA(t) - 1дм е*1". (1 - cos fttj sinwt.

где л - (0,7 - 0,8)104; fl - (5,7 - 5,9)10*; f - 100 к] повышает точность определения время-координатного положения об' екта. но приводит к повышении порядка дифференциальных уравнени. пни "rii^inuuix процессы ь РПдУ, в два раза по сравнению с анализ гроил-ссоь но огибающей сигнала с использованием метода низкоча j оаww чквивалентов и резко усложняет синтез выходного тракта 'шеоуемэй Форме сигнала.

Дли расчета тиратронного генератора коротких импульсов в р д/.она;1 иг анионном Р11дУ с фидером, ка^с показано в первом разделе, ключевом передатчике МФРНС следует выделить генератор коротк импульсов на тиратроне и выходной тракт. Выходной тракт включа в себя: анодный контур 1-к- Ск, промежуточный контур и антенну.

Генератор коиотких импульсов на тиратроне Тг работает в ч чение короткого отрезка ъремени (менее одного периода Т колеба? высокой частоты), равного длительности генерируемого 6-дельта i пульса тока, после чего тиратрон отключается. За столь короть время энергия б-дельта импульса (видеоимпульса) передается в с ионном перьому анодному контуру полосовой цепи, поскольку знер: нппме.-.уточного контура, а также напряжение радиоимпульса на вх< антенны при t<T незначительны. Поэтому при расчете тиратрона генератора и режима его работы можно учитывать лияь один конту]

Расчет тиратронного генератора, "коротких" импульсов, т.е. величины конденсатора и дросселя разрядного контура (СР,ЬР), анодного контура (СК.Ц<), тока и напряжения на тиратроне, схемного времени, предоставляемого тиратрону для выключения, потребляемой и выходной мощности и т.д. определяют из условий,, обеспечивающих наиболее благоприятный "гладкий" режим работы тиратрона.

сЗИк dt

о. (î.i) uLp аи) = Lp а1г

-О, (1.2)

t-ti.

t=tM dt

tB = ti - tK > (3 - 5) tK , (1.3)

20K

где tк = 2 = -- - постоянная времени затухания

«к

амплитуды колеоаний в контуре.

При "гладком" режиме отсутствуют недопустимые скачки напряжения и тока на аноде тиратрона в момент его отключения t = tu.

Анализ математической модели схемы, позволяет найти анодный ток тиратрона la(t) и напряжения на анодном контуре UK(t), схемное время, предоставляемое тиристору для его включения, потребляемую и выходную мощность и другие энергетические характеристики генератора.

Во втором разделе показано, что известные методы анализа пе--реходных процессов кепримеш5му в ключевых передатчиках: ИФРНС, содержащих сложные цепи с сосредоточенными элементах«! и цепи с распределенными паргметрами и вырабатывающих импульс сложной формы, к которому предъявляются жесткие требования как к форме огу бгющей так и амплитудному и фазовому соотношению ВЧ заполнения радиоимпульса. ото связано со следующими принципами:

1. Исследуемая цепь представляет собой сложную иепь с'сосредоточенными параметрами и длинную линию (фидер) с распределеяьычи . параметрами.Аналитические методы анализа таких цепей отсутствуют.

Операторные уравнения для напряжения и тока в длинной линии с произвольными сопротивлениями внешних цепей "2цЯ) w %(Р) Рь входе и выходе можно записать:

Ui(p) RB

U(p.x) = Unaa(p.x) + Uotp(P.*) = U(p,x) = -—— .

RB + Zj(p)

- рх / асг1/2

е

1 - Р1(Р) Г>2(р) е"2р1/(1 СГиг

-2р(1-х)/(1ДГ1/2

1+Рг(Р) е

(2.1)

гпр) - 22(Р) -где Р1 (р) ---Рг(Р) --

21(р) + ив г2(р) + рв

- коэффициенты отражения по току от начала и конца длинной лшш с. волновым сопротивлением кв.

Для получения выражения и(1,х) путем обратного преобразования Лаплага к (2.1) цедесоооразно знаменатель во втором множителе выражения (2.1) зацепить геометрической прогрессией с бесконечные числом членов. Тогда выражение для падающей волны можно записат! в виде:

-рх/(ЬС)"1/2

иаСр) Кв в

ипад(р.х) - - . --2р1/(ЬСГ1/2 =

+ г1(р) 1 - Р1(р) Р2(Р) е

и!(р) » п п -р(2п1+х)/(ЬС)-1/2

Е Р1(Р) Р2(р) е (2.2:

Ив + га(р) п=о

Оригиналы этих функций записываются в виде бесконечного ряда, вычисление каждого члена этого ряда и сходимость ряда, т.е количество слагаемых, которые необходимо удерживать, трудно определить .

2. Необходимость учата потерь в длинных линиях, связанных -их влиянием на форму радиоимпульса, приводит к иррациональны операторным выражениям для вторичных параметров длинной линии постоянной распостранения т(Р), волнового сопротивления Р), ко эффициентов отражения по току Р1(р), Рг(Р). а следовательно, иррациональным выражениям для тока и напряжения на элементах вы ходного тракта РЦдУ, Это приводит, как показано в работе, к до полнительным трудностям решения системы уравнений, описываю¡де процессы в РПдУ.

В третьем разделе рассматривается частотный метод анализ систем, содержащих- ЗЦ с сосредоточенными и распределенными пара метрами- Частотный метод расчета процессов в ЗЦ основан на сосл ношения)-, связывающих временное представление электрических сиг надов с их Фурье» преооразованием.

1 г зон,

1да) = - 1д(зш) е Ло (3.1),

гл

1А(Зи)=Гвх(оо)Н(зи), (3.3)

1дСЛш) = ] е сИ , (3.2)

О

гдь , ¡дО'и) - искомый ток в антенне и его одностороннее преооразование Фурье соответственно.

РвхСЗ«) ~ Фурье-изображение воздействия на выходной тракт РПдУ; Н(зи) - передаточная функция выходного тракта РПдУ.

Преимущество частотного метода состоит в том, что его сложность мало зависит от порядка системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы в РПдУ и он позволяет легко учесть паразитные параметры схемы. Для определения тока в антенне 1д(з'м) и 1а(0 необходимо определить частотную передаточную функцию и Фурье-изображение воздействия ГВх(Зш) на выходной тракт рпдУ.

Для расчета Н(Зо) всего тракта по частотным характеристикам отдельных звеньев РПдУ, представим структурную схему РПдУ в виде, изобрэл^тюм на рис.1, где имеют место следуюшле обозначения: ГУВ - генератор ударного возбуждения;

Рис.1

ГУВ Гв(П Ф Ц 1!<х)(и) ф иАа) в ц

1ф(Ь) 1д(Ь)

ФЦ - формирующая цепь, состоящая из полосовой цепи и цепи согласования фидера и полосовой цепи; Ф - фидер;

ВЦ - выходная цепь, состоящая из антенны и устройства согласовав ния антенны с фидером.

Для записи !Щш) через передаточные функции отдельных блоков РПдУ запишем уравнения четырехполюсника Ф (фидера) в А-параметрах и в виде уравнения длинной линии в гиперболической форме:

йФиш) = ацф йд + Э12 Ц - 0/5ЬЬт1 + Цгв бЫг1

иА

1ф«и) .= а21ф Од + а22 и = :--зМ + 1дсйт1

2в

(3.4),

(3.5)

где т = Г(зы) = /2п - постоянная распространения;

2в = гв(Зи) = /1п/Чп - волновое сопротивление.

- 10 -

^n = Rn+3wLn; Yn = 6n+3U)C„

ь , ? (Zn Yn)i '

an = a22 = chrl = ^ — — ■ • • .

» (ZnYn): 0.

ai2 - Zn shrl - Zn 1 E —-- l-1 . (3.6

10 (21+1)!

shYl » (Zn Yn)' 2

321--- 1 Xn - l^1 -

ZB 10 (21+1)1

Запишем Фурье-преобразование FB(ju) возбуждающего воздейс твия f®(t) черев напряжение - U®(j<i>) и ток I®(jw) на выходе фор мирувдей депи ФЦ.

FB(d«) - А11фц(;Ы) U«,(dw) + А12фц(3ш) 1в(3в) (3.7

Подставляя (3.3.) в (3.4), (3,5), а (3.4) и (3.5) в (3.7) из (3.7) найдем выражение для передаточной функции всего тракта

1А 0«) 1 .

H(ju) = - -------(3 g

FB(ju) А11фц[А11фгА+А12ФНА12фц[А2147-А+А22ф]

В работе найдено Фурье-преобразования воздействия FBX(dw).

Сложность расчета процессов в РПдУ при нескольких шпульсг возбуждения (в 2-х и 4-у. канальных РПдУ) состоит в том, что к мс менту начала второго импульса в цепях тракта протекают токи имеются напряжения за счет действия первого импульса, т.е. су ществуют ненулевые начальное условия при воздействии второго га, пульса. В работе предложен частотный метод анализа исследуем процессов, не требуюцад определения начальных условий и позволях щая определить юк антенны при сланном ударном возбуждении. Cyi метода заключается в замене тиристора эквиваяентным генераторе напряжения Ет(зш), который априорно известен. Показано, что даь ный метод расчета аналогичен методу припасовывашге в пространстс состояний, используеыоау для расчета нелинейных систем.

В четвертом разделе проведен синтез выходного тракта радис навигационных передатчиков ИФРНС при наличии фидера, таким обрг зом чтобы без дополнительно вводимых цепей коррекции, а только г счет изменения параметров существующих штатных настроечных зле ментов РПдУ, реализовать форму сигнала тока в антенне близкую эталонной дорые сигнала. К штатным настроечным элементам РПдУ oi

носятся: дополнительная катуика индуктивности первого нагрузочного контура коэффициент связи Ксв связанных контуров; индуктивность удлинительной катупки включенной перед Фидером емкость и индуктивность удлинителя фидера Су.®, Ц.®, вк.ютенгах после фидера.

Методика структурно-параметрического синтеза выходного -пакта передатчика КФРНС с фидером заключается в обеспечении идентичности передаточных частотньм характеристик «входного тракта ГШ У без фидера, который, реализует заданную борму сигкага ток? .-л-тенне, и с фидером. В силу однозначной езэ:злосеязи передаточных частотных НО и») и временных Ь^) характеристик г.ахг.уи Сыть идентичны и формы радиоимпульсов 7ска ь антенне ь пергсм и во втором случаях.

"Под коррекцией быхоя'.^го ч!.т«та следует го'П'^ть оппе?,е.':> п"/ •.аких значений штатных г.гу.':т{■<-•<-ф«::; »->го:ъе ой»сьеп;-

' 'чот НйИЛУЧШве прибли.»с>:и<' Слорриктироьанной частою/,

рс-даточной функции с фибром г. Н(.1«) - перс-датс -той Функции тю-к-га без фидера со значе-т^и г-л^гл изов. сС.'гпвчутотих треСд'^иую форму сигнала в антенне

Таким образом требч'итея решить задачу нелинейной миничиггцки:

я-; г>:) - кию | ^

Ьд, Ксв • ^удл, ^.у®, Суфс ■ -' I I' (,1V) |

В (4.1) минимизируется максимум модули относительного отклонения частотной передаточной характеристики выходного тракта РПдУ с фидером и цепями коррекции во всем частотном диапазоне 9. от Н(3*0 без фидера при изменении значений пггатных рлементов ьсрМ-ного тракта разрешенных к вариациям при настройке и эксплуатации гаду.

Для решения (4.1) необходимо по экспериментально иэмеоенн'.'м частотным характеристикам входного сопротивления антенны и Фидера найти их схемы замещения, а рзтем определить оптималып.'е значения параметров выходного тракта РПдУ с фидером, обеспечивающих наилучшее приближение сигнала к требуемой форме.

В данном разделе приведен структурно-параметрический синтез •.¡Ль'М замещения АМС с использованном различных видов критериев огг тима^ьной аппроксимации (сумма квадр.чтов относительных погрешностей, сумма квадратов абсолютных погрешностей. Ч^бн'^рский критерий равномерной гппроксимацга) и модификации метода нелинейного

программирования Недлера-Мида с использованием глобального псевдослучайного поиска.

Предполагается, что известны активная и реактивная Иде и Хае составляющее комплексного сопротивления антенны 2де. измеренные в диапазоне частот Я = [ Ш1, ... ыц 1.

Тогда задача определения схемы замещения антенны может быть представлена как задача оптимального синтеза двухполюсной цепи, входное сопротивление которой минимально отклоняется от требуемого (измеренного экспериментально) 2де:

пип шах х Я

Яа(Ы) - РАЕ(Ь>) Кае(У)

Хд(ы) - Хде(Ы) ХАЕ(и)

(4.2)

Здесь минимизируется максимум относительного отклонения активной и реактивной составляющих входного сопротивления в измеряемом частотном диапазоне, а через х обозначена совокупность значений элементов искомой схемы замещения. Исходя из физических соображений задаются некоторой структурой. Тогда задача оптимального синтеза (4.2) сводится к задаче нелинейного программирования.

Проведена оптимальная аппроксимация частотных характеристик антенн для трех структурных схем замощения для частотного диапазона 95-146 КГц. Показано, что наилучшей схемой замещения иг рассмотренных является схема последовательного контура, шунтирований дросселем индуктивности.

Для расчета форма радионавигациоино; о импульса тогл в антенне необходимо в выходном тракте РПдУ фидер ззиегогсъ пассивным че^ тыргхполюснигсом искусственной длинной линией с сосредоточенным! параметрам. При этаи если частотные передаточные функции ф^дерг и наеденного пассивного чэтырэхполюскика с сосредоточенным: параметрами буду, идентичны, тогда идентичны будут и формы импульс; токг з антенне итк при наличии фидера б выходном тракте РПдУ, та и при наличии данного четырехполкюника.

Конкретное количество ззеньев в искусственной линии и значения элементов этих звеньев зависит от длины фидера и его погонньс параметров. Если не известны погонные пареметры фидера 1?п, Ьп Сп. Зп. а измерены липь действительная Рдга(и) и мнимая Хдкэ(« 'асти входного сопротивления антенно-фидерной системы (АФС), к задача определения погонных параметров фидера ыожет быть преде тавлена как задача нелинейного программирования:

min max

Rn»Ln,Sn,On ß

Zaf(o>) - 2fif3w Zaf3(W)

U® Zb(u) thrl + Za3(u) где Zaf(«) = — - Zb

I® ZasCu) thrl + Zb

При известныхлогонных параметрах структурно-параметрический синтез цепочечной линии также сводится к задаче нелинейного программирования.

Нф(ы) - Нцеп(и)

min max -

L<c«Rc»Cc,Gc й HuenCw)

где Нф(<1>) -функция передачи длинной линии, нагоуженной на AMC

1д 1

Нф(ы) = - -- .

Цвх Za3 chrl + Zb chrl

а Нцеп(ш) - функция передачи цепочечной линии, нагруженной на AMC

1

Нцеп (<">)) =

ац 2дэ + 312

Варьируемыми параметрами являются: индуктивность Ьс и резис-тивное сопротивление продольной ветви, а также емкость Сс и проводимость поперечной ветви и числа звеньев цепочечной схемы замещения фидера.

Поскольку относительные погрешности элементов матрицы А-па-раметров в случаях двух и трехзвенной схемы а также емкость Сс и проводимость 6с поперечной ветви и число звеньев цепочечной схемы замещения фидера.

Поскольку относительные погрешности элементов матрицы А-па-раметров в случаях двух, и трехзвенных схем замещения фидера много меньше погрешности измерений (10%) входных сопротивлений антен-но-мачтовой и антенно-фидерной систем, то целесообразно ограничиться простыми схемами замещения.

Проведенные в работе сравнения форм реального (полученного в антенне РПдУ:с фидером и коррекцией выходного тракта) и эталонного сигналов по первым 8-ми полуволнам показали, что среднеквадра-тичеслое отклонение реального от эталонного сигналов не превышает 5 = 1,52, при сдвиге между огибающими реального и эталонного сиг-

панов 'ЕСД) х = 0.8 мкс, что соответствует аппаратуре первой ка

i. пятом разделе предложен и реализован метод'^остатпчных кс м -Vu!:«;"' тока в антенне РПдУ ИФРНС в 8-10 раз.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Рассмотрены особенности анализа переходных процессов в клк 4i и:-, передатчиках ИФРНС, содержащих фидер в выходном тракте tu; аоатыьающих пакеты импульсов сложной формы. У таких РПдУ неоС ХОДИМО учитывать потери в длинных линиях, поскольку они влияют в Форму импульсов. Учет этих потерь приводит к иррациональным one раторным выражениям тока и напряжения на элементах выходног тракта РПдУ. Это приводит к дополнительным трудностям решен» уравнения системы, описывающей процессы в передатчике.

Показано, что использование численных методов сопровождаете существенными трудностями, связанными не с принципиальными, а практическими причинами. Последние обусловлены тем. что радиоиы •пульс представляет собой быстроизменяющийся (за счет высокочас тотного наполнения4, но медленно устанавливающийся (за счет огк бающей амплитуды) процесс, что в известных методах приводит неприемлемо большим затратам машинного времени, особенно, есх учесть -необходимость -чрезвычайно большого числа математически экспериментов (десятки-сотни тысяч) - расчета необходимой Форм генерируемого радионавигационного сигнала.

Разработана методика расчета ЭЦ, сводящихся к структурно-нь линейным цепям частотными методами. Особенностью данных цепей использующих неполностью управляемые приборы (тиратроны, тиристс ры) состоит в том, что в течение периода колебаний имеется не*, колько эквивалентных расчетных схем, моменты переключения которы не определяются устройством управления и заранее неизвестны. Он определяются процессами, протекающими в силовой цепи. Покязано что данный метод расчета можно свести к известному метсдалрипа совывания в пространстве состояний, используемому дли ишсчета не линейных систем.

Проведен структурно-параметрический синтез схем вамещени AMC с использованием различных критериев оптимальной аппроксима ции (сумма квадратов погрешностей, сумма квадратов относительны погрешностей, Чебышевский критерий равномерной аппроксимации) модификации метода нелинейного программириъания Нелдера-Мида использованием глобального псевдослучайного потека.

Показано, что в диапазоне 95 - 105 кГц наилучшей схемой за-■ещения является схема последовательного RLC контура шунтирования [росселем индуктивности. При. этом погрешность воспроизведения lacTOTHbix характеристик входного сопротивления AMC не превышает 1.57. для активного сопротивления и 3.4% для реактивного сопротив-гения. Полученная схема замещения AMC имеет в десять раз меньшую югрешность аппроксимации активном составляющей и в пять раз реактивной составляющей по сравнению с известной схемой замещения в аде последовательного контура, параметры которого определяются ю двум точкам частного диапазона.

Для перехода от системы дифференциальных уравнений в частных i полных производных, описывающих процессы в РПдУ с фидером, и системе дифференциальных уравнений только в полных производных [)идер заменяется пассивным четырехполюсником с сосредоточенными ]араметрами, состоящими из цепочечной линии с конечным числом Г-образных звеньев.

Показано, что пассивный четырехполюсник, представляющий со-5ой искусственную длинную линию, состоящую из двул Т-обратных звеньев, позволяет получить погрешность аппроксимации входного сопротивления фидера через A-параметры не более 5Z, а из трех звеньев не более 2Z, что вполне достаточно для практики.

Разработана методика структурно-параметрического синтеза выгодного тракта передатчика ИФРНС с фидером по заданной форме сигнала тока в антенне при воздействии б-дельта функции импульса тога на выходной тракт.

В результате проведенного выходного тракта скорректированы искажения частотной передаточной функции, вызванные включением Лидера. При этом'искажения H(jvi) удалось скорректировать без усложнения выходного тракта, без изменения режима работы тиратрон, ного генератора и при обеспечении требуемой выходной мощности путем изменения параметров индуктивности первого контура, коэффици ента связи обмоток трансформатора и индуктивности удлинительной катушки.

Проведенные сравнения формы полученного и эталонного сигнала по первым 8-ми полуволнам радиоимпульса показали, что среднеквад-ратическое отклонение реального от эталонного сигналов не превышают 8=1,5Z, при ЕСД т=0,8 мкс, что соответствует аппаратуре первой категории.

- 16 -

ПУБЛИКАЦИИ ПО TEffi ДИССЕРТАЦИИ

1. В.Ф. Дмитриков, З.В. Зайцева, Х.А. Аль-Номан и др. Анали: и синтез выходного тракта импульсно-фазовых радионавигационны) передатчиков с использованием фидера при повышенных требованиях i форме сигнала // сб. науч.тр. учеб. завед. связи /ГУТ. - СПб, 1996. - вып. 161. - с.158.

2. Х.А. Аль-Номан, В.А. Филин. Численное моделирование и оптимизация радиоимпульса в двух контурной системе импульсно-фазо-вого радионавигационного передатчика // сб. науч.тр. учеб. завед связи /ГУТ.--- СПб. 1995. - вып. 160. - с. 153

3. Х.А. Аль-Номан,. A.B. Вашурин, В.Ф. 'Дмитриков и др."Структурно-параметрический синтез выходного тракта ключевого иыпуль-сно-фазового радионавигационного передатчика при наличии., «вдер. //48-я НТК проф. преп. состава ГУТ:- Тез. докл. / ГУТ. - СПб, 1991

4. В.Ф. Дмитриков. З.В. Зайцева, Х.А. Аль-Номан. Структур-ho-параметрический синтез выходного тракта передатчиков «импульсно-фазовых радионавигационных систем при использовании фидера /, 49-я НТК проф. преп. состава ГУТ: Тез. докл. /ГУТ. - СПб. 1996.

5. В.А. Филин. Х.А. Аль-Номан'. Программа ускоренного-анализ, и оптимизации процессов установления ВЧ колебаний в оконечно] каскаде радионавигационного' передатчика // 49-я НТК проф. преп состава ГУТ: Тез. докл. /ГУТ. - СПб.,1996.

6. В.Ф. Дмитриков, A.B. Сергеев, Х.А. Аль-Номан и др. Опти мальный синтез схемы замещения антенны по измеренным' резистивно И реактивной составляющим входного сопротивления // 50-я НТ проф. преп. состава ГУТ: Тез. докл' /ГУТ. - СПб, 1997.

ЛР N020475 от 10.03.92 г. Объем 1 печ. л. Тир. 60 экэ.' Бесплатно. Зак.

Рот. Тип. СПбГУТ. 198320. С.-Петербург, Свободы, 31