автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Электродинамический метод расчета генераторов на диодах Ганна для радиотехнических систем специального назначения

г Б од

БЕЛОРУССКИЙ ГОСТДЖГГВЕШШ УНИВЕРСИТЕТ

1 ДП? 1537 мнфсршжи и рдшюэлшрсвия-

УДК 621.373,5.029.64:621.396.962.23

ДРОБОТ СЕРГЕЕ ВИКТОРОВИЧ

ЗЛЕКТРОДИНАМЙЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ГЕНЕРАТОРОВ НА ДИОДА! ГАННА ДЛЯ РАДЖЛЕХНКЧЕСКЙХ ШЛЕМ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Спегцэльность 05.12.21 - Радиотехнические системы специального

назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1997

Работа выполнена на кафедре олектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

профессор Г Мошинский A.B.

Научный консультант: доктор физико-математических наук.

профессор Кураев A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Юрцев O.A. доктор технических наук, профессор Вилькоцкий М.А.

Оппонирующая организация: НИИ ядерных проблем при Белорусском государственном университете г. Минск

Защита состоится 17 апреля 1997 г. в I400 час. на заседании совета по защите диссертаций Д 02.15.02 в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники по адресу: 220027, г.Минск, ул.П.Бровки, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Автореферат разослан марта 1997 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций,

кандидат технических наук, доцент

С.Б.Сагшатин

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Генераторы на диодах Ганна (ГДГ) являются перспективными источниками колебаний, предназначенными для работа в качество гетеродинов приемных устройств, ¡задающих генераторов мощных передатчиков связных и радиолокационных систем, передатчиков локальных систем связи и систем ближней радиолокации. Поэтому, разработка инженерного метода проектирования, ориентированного па использование средств вычислительной техники и позволяющего в короткие сроки создавать надежпне, экономичные, малошу-мящие ГДГ с требуемыми параметрами, безусловно является актуальной задачей.

Создание метода расчета ГДГ диапазонов сверхвысоких частот (СВЧ) и крайневысоких частот (КВЧ) позволит проводить разработку устройств, которые в условиях Республики Беларусь пайдут широкое применение при создании локальных сетей связи и систем ближней радиолокации, таких как доплеровские измерители скорости (Д1Ю. В Беларуси, занимающей важное положение на транзитных магистралях между Востоком и Западом.. ДИС используются как на автомобильном, так и па железнодорожном транспорте. Вахню.» приложением ДОС является их установка на грузовых автомобилях, выпускаемых белорусскими предприятиями МАЗ и БелАЗ, а также на новых мощных тракторах, выпуск которых осваивает (ЯЗ. Это позволит создать более экономичную технику и поднять ее конкурентоспособность па мировом рынке; Узким местом в существующих вариантах ДИС является генератор, конструкции которого обладают рядом существенных недостатков: низкая рабочая частота, высокий уровень шумов, низкая надежность. От характеристик генератора зависят требования, предъявляемые к параметром других элементов радиотехнической системы (РТО , а также большинство тактико-технических характеристик системы. Поэтому, важно иметь конструкцию и метод расчета генератора оптимального по заданнт.1 параметрам.

Цель работы - разработка электродинамического метода расчета ГДГ для РТС специального назначения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель ДГ, позволяющую рассчитывать его импеданспые функции в диапазоне рабочих частот;

2. Разработать математическую модель электродинамической сис-

темы волноводного ГДГ с аксиально-неоднородным держателем активного элемента (АЭ), позволяющую рассчитать нагрузочный импеданс кристалла диода Ганна (ДГ) в широком диапазоне частот;

3. Разработать самосогласованную модель ГДГ, основанную на моделях АЭ и электродинамической системы и позволяющую рассчитать энергетические характеристики генератора, а также его параметры нестабильности;

4. На базе разработанных моделей и программного обеспечения спроектировать ГДГ по ¡заданным характеристикам, создать действующи образец и провести сравнительный анализ теоретических и экспериментальных характеристик.

Научная новизна полученных результатов. Впервые разработана математическая модель электродинамической системы волноводного генератора с аксиально-неоднородным держателем АЭ, основанная на строгом решении граничной злектродинашнеской задачи возбуждения полубесконечного прямоугольного волновода основной волной, распространяющейся в радиальной линии, образованной диском и цанговым зажимом для крепления корпуса АЭ.- В отличие от существующих решений предложенная модель учитывает наличие в частичных областях высших компонентов олектро-магнитного поля, имеющих вариации вдоль-нормали к широкой стенке волновода. Модель позволяет непосредственно вычислять импеданс излучений АЭ.

Впервые на основе метода гармонического баланса разработана самосогласованная модель волноводного ГДГ с аксиально-неоднородным держателем, позволяющая по известным электрофизическим параметрам кристалла ДГ, параметрам корпуса, геометрическим размерам электродинамической системы определить энергетические характеристики генератора, а также его параметры нестабильности.

С использованием разработанных моделей и программного обеспечения проведена разработка ГДГ для ДИС РИС-В2, что позволило повысить точность измерения скорости и надежность работы системы.

Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы, а именно разработанные алгоритмы и программы могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования ГДГ СВЧ и длинноволновой части КВЧ диапазонов, предназначенных для ^пользования в ДИС и других РТС специального назначения.

Основ н'н в положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Математическая модель электродинамической сиотемы волно-водного генератора с аксиально-неоднородным держателем АЭ, учитывающая наличие в частичных областях высших компонентов полей, имеющих вариации вдоль нормали к широкой стенке волновода и позволяющая с высокой точностью рассчитывать импеданс излучения АЭ в диапазоне частот шириной, порядка нескольких октав.

2. Алгоритм и реализующая его программа, предназначенные для расчета импеданса излучения A3. Врем счета одной точки частотной зависимости импеданса излучения составляет 12 с на IBM совместимом компьютере, обладающем в 10 раз большей производительностью, по сравнению о IBM AT с тактовой частотой 8 МГц.

3. Самосогласованная модель волноводного ГДГ о аксиально-неоднородным держателем АЭ, позволяющая определить энергетические характеристики генератора и его параметры нестабильности.

4. Алгоритм и программа, позволяющие рассчитать энергетические характеристики ГДГ и его параметры нестабильности.

5. Зависимость, связывающая дисперсию оценки доплеровской частоты ДИС с характеристиками блока обработки доплеровского сигнала: полосой пропускания, временем усреднения и параметрами генератора.

6. Созданный, на основе разработанных моделей и программного обеспечения генератор, предназначенный для работы в составе ДИС РИС-В2, который позволил повысить точность измерения скорости и надежность работы радиотехнической системы.

Личный вклад азтора диссертации в работы, опубликованные в соавторстве, заключается в разработке математических моделей ДГ и электродинамической системы волноводного генератора о аксиально-неодпородным держателем, алгоритмов и программ расчета импедансных функций АЭ и его нагрузочного импеданса, разработке конструкции ГДГ, проведении численных и натурных экспериментов.

Реализ.ация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении НПО "Агат" опытно-конструкторской работы "Децентрализованная автоматизированная система управления горкой" по договору с Белорусской железной дорогой, что подтверждено актом внедрения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-й Всесоюзной на-

учно-технической конференции (НТК) "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на объемных интегральных схемах" (Суздаль, 1989 г.), 3-й Крымской конференции "СВЧ техника и спутниковый прием" (Севастополь, 1993 г.), НТК, посвященной 30-летию БГУИР (Минск, 1994 г.), международной НТК "100-летие начала использования электромагнитных вода для передачи сообщений и зарождения радиотехники" (Москва, 1995 г.), НТК "Современные проблемы радиотехники, олектроники и связи" (Минск, 1995 г.), международной НТК "Современные средства связи" (Нарочь. 1995 г.).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 19 печатных работах, включая 3 статьи, II тезисов докладов на Всесоюзных, республиканских и международных конференциях и 5 отчетов о НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, трех приложений. Общий объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, в том числе 51 рисунок на 42 страницах, 16 таблиц на 10 страницах, 3 приложения на 16 страницах и список использованных источников, включающий 126 наименований, на II страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится оценка современного состояния и уровня развития ГДГ, показаны основные проблемы, решение которых позволит улучшить их качество.

В первой главе на примере ДИС рассмотрен системный подход при проектировании ГДГ. предназначенных для работы в составе РТС специального назначения.

При выделении доплеровского сдвига частоты наибольшее распространение получили две схемы построения приемо-нередающего модуля - автодинная и гомодипная. Причем гомодшшая схема обладает большей чувствительностью, меньше.) уровнем амплитудных и частотных сумов, более устойчива в работе.

Спектр доплеровского сигнала обусловлен вириной диаграммы направленности приеиопередаздеП антенны п нестабильностью генератора, и его г.о2Шо описать случайной величиной, шощей нормальное распределение, с математическим ожиданием равным доплеровской частоте Г, и некоторой дисперсией ал. Поэтому в блоках оОработк::

Д1Ю с целью выделения Г производится усреднение частоты сигнала

<1

¡за время I

уор

ДКС находят применение на транспорте в качестве автономных спидометров или датчиков скорости, работающих в бортовых или наземных автоматизированных системах управления движением транспортных средств, а также для измерения частоты вращения и механических вибраций при контроле за ходом выполнения технологических процессов, в тех случаях, когда объект измерения распологается в труднодоступных местах или имеет малые размеры, вследствие чего традиционные методы измерения оказываются неэффективными.

Показано, что основные тактико-технические характеристики ДИС однозначно определяются параметрами генератора. Проведен сравнительный анализ АЭ, используемых в генераторах ДИС. Показано, что по критериям надежности, устойчивости работы, минимальному уровню шумов оптимальными являются ГДГ. Обзор конструкций генераторов существующих ДКС показал, что в миллиметровом диапазоне нет генератора удовлетворяющего перечисленным вше требованиям.

Обоснован выбор параметров и конструкции ГДГ для ДИС. Показано, что волноводная конструкция ГДГ с аксиально-неоднородным держателем обладает лучшими параметрами по сравнению с другими конструкциями. Для проектирования ГДГ решено воспользоваться ориентированным на применение вычислительной техники методом параметрического синтеза, который предполагает знание точных моделей АЭ и электродинамической системы, а также выбор адекватного метода анализа энергетических и шумовых характеристик генератора.

Сформулированы цель работы и задачи исследований.

Во второй главе проведен сравнительный анализ математических моделей ДГ. Показано, что при современном уровне развития вычислительной техники для создания инженерных мотодов проектирования ГДГ длинноволновой части миллиметрового диапазона оптимальной по критериям точность и скорость расчета является полевая модел

Нелинейную зависимость, описывающую связь между током, протекающим через кристалл ДГ, и напряжением, приложенным к нему, 1^(0 = Рги^Ш находим с использованием полевой модели, которая описывается следующими выражениями:

а%>(хЛ>/я2 = сН0(х) ~ п(хД)1е/с ; (I)

,КхД) = епСхДЖЕ) - е1ХЕ),и1(хД)/,»х ; (2)

<m(x,t)/<3t = - dj(x,t)/<edx) ; (3)

E(x.t) = - аДх,t)/ax ; (4)

S r* cS du (t.) 1, (t) = - J(x,t)dx +--^- , (5)

d 1J 1 dt

do a

где f<x.t). IHx), n(x,t), E(x,t). J(x.t) - распределение потенциала. концентрации легирующей примеси, неравновесной концентрации электродов, напряженности электрического поля и плотности тока по длило кристалла х=£0,1,з. v(E), EKE) - еависимости скорости электронов и коэффициента диффузии от напряженности электрического поля-, о - заряд электрона, е - абсолютная диэлектрическая проницаемость Gate, 1 - длина активной области кристалла, S, - площадь по-

а а

перечного сечения кристалла, В данной модели используются зависимости v(E) и DCE). полученные на основе моделирования процессов в GaAs, шещего Н = IxlO*в см"? методом Монте-Карло для температур« кристалла Т=300,°500 К.

Система нелинейных дифференциальных уравнений (1)4 4) решается конечпо-разностпш методом и определяются распределения nCx.t) и ECx.t). После подстановки (2) в (5) находится функция l (t) -Feu Сt) з.

cl _

Пусть на оазжаах кристалла ДГ действует напряжение: ■ц CD = U + Е U, cosCho t + р ), С 6)

Л О . к о '

к = 1

где U постоянная составляющая напряжения. U - амплитуда напря-

О к

жения К-оП гармоники, приложенной к кристаллу, # - начальная фаза напряжения It-oil гармоники (»> =0), t>o= 2rtfQ. Временная зависимость тока, протекающего через кристалл ДГ, находотся из (I) 45).

J V'

Комплексные амплитуды тока I = I о определяется после выполнения преобразован!« Фурье для ld(t) и выражение для тока ДГ будет иметь вид:

1..CID = Io + Е Ib(U)cos(Koot + vj. (7)

и ~ а

где U = tU , U.....из— вектор, состоящий иэ постоянного нал-

О 1 N ^

ряжения U и комплексных амплитуд гармонических напряжений, при-

j

лсхспиых к ДГ, П = tl^e k. Ишедонсная функция кристалла ДГ на частоте к-Я гармоники определяется следуздаш выражением:

г ст = и у \ (ш . (8)

(1к к к

Разработали алгоритм и программа расчета имнедаяскых фушсций кристалла ДГ.- Возможности данной программы такие как точность получаемого решения, время установление колебательного процесса, скорость работы исследовались на структуре серийного ДГ ЗА761. Численные исследования сходимости решения системы уравпепий (I) -(4) конечноразностным методом показали, что при шаге дискретизации по времени д1=0,1 пс и по пространственной координате дх=0,1 мкм погрешность решения меньше I

В третьей главе проведен краткий обзор по методам моделирования электродинамических систем генераторов миллиметрового диапазона. Наибольшей точностью обладают модели основанные на строгом решении граничных электродинамических задач возбуждения или рассеяния электромагнитных волн в резонансных камерах генераторов. Отмечено отсутствие модели электродинамической системы генератора с аксиально-неоднородным держателем АЗ, удовлетворяющей одновременно двум требованиям: точность модели и скорость счета.

Полученное автором строгое решение методом частичных областей граничной электродинамической задачи, моделирующей возбуждение поля в резонансной камере, показанной на рисунке, приводит к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами относительно неизвестных амплитуд напряжений V Су Ю ТМ мод в волноводной области вне держателя:

м 2 т2 От

СО

V Су ГО + Е г V Су Ю = Р . С9)

та тп2 тл «2 т2 т

ч = о

УЧ^Ю

где Е = х21и(—-—---1)У1 Ск Ю ;

то у'О^Ю 1 1

У Су Ю N У Су ю

г = х а--- Сой, - ,

„о Оя уЧк Ю 1хо -I 1,у С Ю

11 I Э ' I 2

У1Ск Ю = - АЧН(1Чк ГО .

11 1 О 1

Собственные проводимости мод в частичных областях находятся согласно выражений:

J 2пК Нс1''С К Ю

У1СК Ю =---2-!-— ; СЮ)

Ъ Ь НС15СН Ю

1 О 1

КороткозАмыкающиа поршьнь

J 2п11 .Г С И Ю НкЮ .---2-; (II)

г1 I .мк.ю

'Г,

г)

И-- ЧГ, Ш - -Л Чу. Л)

ак 2пИ ° 13 л (у, г) ° 13

У ( -э----о_1з- а2)

3 Ъг Н Н<1(уг)

313 НС1?(у,Ю--2-.Му.Ю

° 13 5 (у, г) ° 13

О '13

л< Н(1>Чу Ю + Р(у ЮЭ

У. (у Ю = -7—*-—-—-—2:3-- . (13)

«'»з г: У н<15(у Ю - 3 (у ЮЭ

о ш2 О ш2 т

где Н^'Чх). Ло(х) , Н^'Чх), .14х) - функция Ханкеля 1-го рода ' нулевого порядка, функция Бесселя нулевого порядка и их производные по аргументу соответственно; 120п(с1/со')'1У2. Н1=Ко(е4/ео)1,'а, с - волновые сопротивления, волновые числа и абсолютные значения диэлектрической проницаемости сред в подобластях (1=1,2,3); у .(к2-(я1й/Ь)2)1'2, у =(к2-(к1/Ш2)1/2 - постоянные распростра-'

м2 2 1'3 3

нения мод в подобластях? ео°= 8,854хШ Ф/м; ко= 2я/хо; Хо= 2пС/а; скорость света.

Получены выражения для коэффициентов связи по напряжению %

2 1 и л. О 1

о23и и току а121, р321 между модами в подобластях, а также для

* Оя I ■(

коэффициента в в (12). учитывающего отражение от боковых стенок волновода и короткоэамцкамщего поршня.

Показало, что система уравнений (9) обладает вполпе непрерывной формой, а значит такую систему можно решить с наперед заданной точностью методом редукции.

Импеданс излучения на конце радиальной линии У^ (р=Ю, в которую помещен диод, находится с использованием следующего выражения:

ю (2-й ) СЛЛСН Ю - Г(К ГО) г- - с —-—4-1—8— . (14)

1 ».о х21иУ (г ЮУ (.г ю гоО т2 та т2 ' т2

где УС к Ю<

У^К ЮУЧК Ю - £ «121У (г ЮУ (г Ю

1111 От «2 т2 т2 т2

ж» О

УЧ^Ю

Далее, с использованием известных формул. описывающих радиальную линию, проводится пересчет импеданса излучения к сечению и определяется импеданс излучения диода 2 .

а I

Разработаны алгоритм и программа расчета импеданса излучения диода, помещенного в рассматриваемую конструкцию. Проведены численные исследования, иллюстрирующие сходимость решения системы уравнений (9) при ее решении методом усечения. Теоретические частотные зависимости действительной и мнимой составляющих импеданса излучения, рассчитанные с использованием разработанной программы для обычного стержневого держателя, совпадают с экспериментальными и теоретическими данными других авторов.

В четвертой главе проведен выбор метода анализа, позволяющего создать самосогласованную модель генератора и рассчитать его энергетические и шумовые характеристики. Поскольку АЗ описывается во временной области зависимостью 1а( О = Ви^Ш. а пассивная часть схемы моделируется в частотной области импедансом излучения, то анализ характеристик генератора целесообразно выполнять с использованием метода гармонического баланса. Разработал обобщенный алгоритм анализа многочастотных устройств на активных двухполюсниках, к которым относятся двухчастотные ГДГ и варак-торные умножители частоты. Предложена самосогласованная модель ГДГ, основанная па одночастотном приближении метода гармонического баланса. Данная модель сводится к уравнениям, описыващим стационарный режим:

У/и^и) ♦ *<«> =0 . (16)

и дополнительному условию устойчивости:

еС (и

_а_ц

во

а

—£ > 0

(17)

где ип - напряжение, питания ГДГ, ио, и^ - постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей напряжения, приложенного к ДГ, 1С - постоянная составляющая тока, протекающего через ДГ, Но - сопротивление потерь в цепи питания ДГ, У^и^сд-С^Ц^о^В (и .и) -проводимость кристалла ДГ в рабочем режиме, о - частота генерируемых колебаний, У (иО-С (а) - проводимость электродинамической системы генератора, В^си^.о) + Ва(о). Решение системы уравнений (15), (16) совместно с условием (17) позволяет найти неизвестные частоту о . постоянную составляющую ио и амплитуду высокочастотной составляющей и приложенного к кристаллу напряжения, соответствующего стационарному устойчивому режиму работы ГДГ. Найденное решение позволяет с использованием известных выражений определить энергетические характеристики ГДГ: мощность, потребляемую от источника питания, выходную мощность, коэффициент полезного действия.

Проводимость У (и ,и) вычисляется согласно алгоритма, разработанного во второй главе работы. Получено выражение, позволяющее вычислять комплексную проводимость электродинамической системы ГДГ

с учетом параметров корпуса и импеданса излучения АЗ 7. .

Выражения для флуктуаций частоты и амплитуды получены после разложения в ряд Тейлора действительной и мнимой составляющих проводимости АЭ и электродинамической системы генератора и совместного решения уравнения Кирхгофа для квадратурной и синфазной компонент шумового тока э виде:

1 (Г)а(ЗЛ»и-1 (Г ) дВ /дМ

ЛиС Г ) = —«А—а-а--а-^---<4-£_ (19)

и (аО /аП оВ^/э» - аВ/дЦ^/ва)

а а а 2. а а л.

ли (.Т ) - *-£---2- . (20)

■ и//¿и - оВ/«»Ц.^/ди)

а а а 2. а а ^

где аВ-/эа = дБ /<?и ► <?В /да', дС^/аа = дС /до + дС/да.

1 я <1 г. • а

Уровень компонентов шумового источника тока вычисляется согласно выражения:

I2 (Г ) * 1а (Г ) - 2е1 СI + /Г )а)лР . (21)

• * ■ «2 « О т т

где Р^ - характеристическая частота, т.е. частота на которой шум на 3 дБ вше "белого", для ДГ Р = 300..500 кГц, др - полоса частот. Показатель степени а = 0,8. .1,2 имеет тенденцию увеличиваться о понижением частоты.

Проведен анализ влияния частотных флуктуаций генератора на работу да, получено выражение для дисперсии оценки доплеровской частоты, учитывающее спектральную плотность частотных флуктуаций генератора, время усреднения и полосу пропускания блока обработки ДИС, расстояние до цели.

Приведены результаты численных и натурных экспериментов ил-люстриругацих использование разработанной самосогласованной модели ГДГ при проектировании генераторов 8-*ш диапазона длин волн. Проведена разработка ГДГ. предназначенных для работы в составе ДИС РИС-В2. Обе конструкции генератора как со стабилизирующим резонатором. тан и без него, обладают лучшими характеристиками по сравнению со штатным генератором на лавинно-пролетном диоде за счет использования ДГ. ГДГ со стабилизирующим резонатором имеет при отстройке от несущей на 10 кГц уровень спектральной плотности частотно-модулированного шума -99 дБ/Гц. Использование разработанных ГДГ в составе РИС-В2 позволяет уменьшить погрешность измерения скорости, обусловленную кратковременной нестабильностью генератора.

ВЫВОДЫ

1. Разработано математическое описание кристалла ДГ. основанное на полевой модели, учитывающей зависимость скорости носителей заряда и коэффициента диффузии от температуры кристаллической решетки и напряженности электрического поля, которое позволяет вычислить импедансные характеристики кристалла в диапазоне рабочих частот.

2. Предложена математическая модель электродинамической системы ГДГ с аксиально-неоднородным держателем, позволяющая определить импеданс излучения АЭ по геометрическим параметрам электродинамической системы генератора.

3. На основе моделей ДГ и электродинамической системы разработана самосогласованная модель ГДГ. позволяющая находить его энергетические и шумовые характеристики.

4. С использованием разработанного программного обеспечения

по заданным параметрам проведен параметрический синтез волноводной конструкции ГДГ с аксиально-неоднородным держателем АЭ.

5. Численное и экспериментальное исследование характеристик разработанного ГДГ показало хорошее соответствие результатов расчета л эксперимента. Максимальное отличие расчетных значений и данных эксперимента по частоте не превышало 0,4 %. по уровню выходной мощности - 20 %.

6. Разработан ГДГ со стабилизируодим резонатором, использование которого в ДИС РИС-В2 вместо штатного ГЛ1Щ позволяет в 10 раз уменьшить погрешность измерения доплеровской частоты, обусловленную ЧШ генератора.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мошинский A.B., Дробот C.B. Аналитико-числовая модель расчета энергетических и импедансных характеристик варакторпого удвоителя частоты // Радиотехника и электроника.- Мн.: Внш. школа. 1991,- Вып. 20,- С. 94-98.

2. Дробот C.B.. Мошинский A.B. Моделирование варакторпого утроителя частоты с дополнительной накачкой на второй гармонике // Радиотехника и электроника,- Мн.: Выш. школа, 1992. - Вып.21,- -С. 178-184.

3. Вельский А.Я., Дробот C.B., Мошинский A.B. Анализ влияния факторов нестабильности задающего СВЧ генератора на работу твердотельного доплеровского датчика скорости // Радиотехника,- 1995,

№ 12,- С. 75-83.

4. Дробот C.B., Мошинский A.B., Путилин В.Н. Генераторно-ум-ножителышй модуль КВЧ диапазона // Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на объемных интегральных схемах: Тез. докл. 3-й Всесоюзной научно-технической конференции,- М., 1989.- С. 85.

5. Разработать математические модели и программы оптимального функционирования приемо-передаюцих устройств ММДВ: Отчет о НИР/ МРТИ; Руководитель работы A.B. Мошинский; В ГР 0I9I00I5679.- Минск

1991.- Гл. 1-4,- С. 7-83.

6. Разработать математические модели и программы анализа и оптимизации многочастотных источников колебаний ММДВ: Отчет о НИР/ МРТИ; Руководитель работы A.B. Мошинский; Ш ГР 01920005566,- Минск

1992,- Гл. 1-3,- С. 8-44.'

7. Дробот C.B., Березовский B.K., Мошинский A.B. Электродинамический расчет аксиально-неоднородных держателей активных элементов в прямоугольном волноводе // СВЧ техника и спутниковый прием: Натер. 3-й Крымской конференции: В 6-ти томах,- Севастополь, 1993.Т. 4,-С. 499-502.

8. Разработать комплекс программ анализа и оптимизации многочастотных источников колебаний ММДВ: Отчет о НИР / БГУИР; Руководители работы A.B. Мошинский; № ГР 1994490,- Минск, 1993,- Гл. 1-4.-С. 7-29.

9. Дробот C.B. Использование метода гармонического баланса при анализе многочастотных устройств ММДВ на активных двухполюсниках // Научная конференция, посвященная 30-летию БГУИР: Тез. докл. конф.: В 2 ч.~ Минск, 1994,- Ч. I,- С. 24-25.

10. Березовский В.К., Дробот C.B., Мошинский A.B. Моделирование аксиально-неоднородных держателей активных элементов в прямоугольном волноводе // Научная конференция, посвященная 30-летию БГУИР: Тез. докл. конф.: В 2 ч.- Минск. 1994,- Ч. I.- С. 32-33.

11. Разработка технических предложений и проведение экспериментальных работ по модернизации радиолокационного- индикатора скорости РИС-В2, доработка действующего образца: Отчет о НИР/ БГУ11Р; Руководитель работы А.В.Мошинский; № ГР 19942793,- Минск, 1994.-Гл. I.-C. 7-15.-Гл. З.-С. 27-35.

12. Вельский А.Я., Дробот C.B., Мошинский A.B. Анализ дестабилизирующих факторов в твердотельных СВЧ генераторах // 100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений

и зарождения радиотехники: Матер, междунар. научно-технической Конф.-М.. 1995.- С. 185.

13. Вельский А.Я., Дробот C.B., Мошинский A.B. Расчет факторов нестабильности в твердотельных СВЧ генераторах // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Тез. докл. научно-технической конф,- Минск, 1995.- С. 46.

14. Анализ работы доплеровской РЖ при наличии нескольких движущихся объектов / А.Я. Вельский, C.B. Дробот, A.B. Мошинский, В.Н. Русакович // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Тез. докл. научно-технической конф,- Минск, 1995,- С. 48.

15. Березовский В.К.. Дробот C.B.. Мошинский A.B. Расчет нагрузочного импеданса кристалла диода Ганна // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Тез. докл. научно-технической конф.— Минск, 1995.- С. 49.

16. Дробот C.B. Расчет импеданса диода Гадна. работшсщего в полигармоническом режиме // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Тез. докл. научно-технической кокф.- Минск, 1995,- С. 50.

17. Дробот C.B., Мошинский A.B. Численный анализ генератора на диоде Гапна, работающего в полигармоническом режиме // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Тез. докл. научно-технической коцф,- Минск. 1995,- С. 51.

18. Оценка шумовых характеристик волноводного генератора ка диоде Гална КВЧ диапазона / А.Я. Вельский, C.B. Дробот. A.B. Мошинский. В.Н. Русакович // Современные средства связи: Матер, между-нар. научно-технической конф,- Нарочь, 1995,- С. I3I-I34.

19. Разработать аналитико-численные модели, методы исследования и синтеза твердотельных функциональных устройств миллиметрового диапазона: Отчет о НИР / БГУИР; Руководитель работы А. В.Мошинский; № ГР 01920003986.-Минск, 1996.- Гл.2-3.- С. 22-65.

РЭЗЮМЕ

Дробат СяргеП В1ктарав1ч "ЗлектрадипаШчни нетад разл1ку генератараУ па диодах Гала для рад!1етэхн1чнцх сЮтэм специяльпага прнзначэщш"

Ключавня слови: генератар на диедзе Гана, радыетэхн1чная с1с-тзма, доплера#ск1 вумяралыик хуткасщ, метад гарман1чнага баланса, электрадннам1чнал сЮтэна генератара.

Днсертацыйная праца присвочана актуальная задачи распрацоУк1 олектрадпнш.ичнага метада разл1ку геператарау па дпедах Гана С ГДГ). Прапанавана самодапасаваная мадзль хваляводнага генератара з акс1альна-неаднароднш тршалыикам актцрнага элемента. Гэтая мадзль грунтуецца на метадзе гарман1чнага баланса 1 даэваляе раэ-л1чвадь эиерготычшя 1 шумавня характарцстнк1 генератара. Матзма-тичная мадэль электрадинам1чнаЯ с1стэш генератара атршана на ас-псве впрашэкпя краявой задачи Узбудташш прамавугольнага хвалявода асноунай ТЕМ-модай, якая распаУсюджваецца 7 радцяльнай Л1и11, створанаЯ дискам 1 цаягавцм трымашпкам актиУнага элемента. Натэ-натичнае ал1саше хрюталя днеда Гана впкарыстоувае палявую ма-■дэль, у якой уживаюцца оалежнасц1 скорасЩ 1 каоф^циепта дифуэп посьб1тау зарада у паУправадн1ку ад падружанасц1 злектрнчнага поля. атркмания мадзляеаннем па метаду Нонтз-Карла. Распрацавана канструкцня ГДГ. прызначаная для выкарнстаяня У складзе допляра?-скага вшяралыПка хуткасщ РИС-В2. При гэтш уживайся алгарытм параметричяага С1нтэзу 1 распрацаванкя праграмния сродк1. Окспери-ментальшм даследвання характаристык сттззаванаЯ канструкщп ГДГ Ештв1л1 добрае супадзенне вшикау разл1ка 1 эксперимента. Стпорана каяструкция ГДГ стабШз1руючшд рззанатарам, якая эабяснечвае при адстройцн на 10 кГц узровень спек'гральнай шчнльиасШ частотна-мадуляванага шума -99 дБ/Гц. ВнкарпстоУванпе распрацаваннх ГДГ у складов РШ-В2 даэвапло паиетшщь памшту вшярэння хуткасщ, абу-мо?леную кароткачасовэЯ нестабшнасцю генератара.

РЕЗЮМЕ

Дробот Сергей Викторович "Электродинамический метод расчета генераторов на диодах Ганна для радиотехнических систем

специального назначения" Ключевые слова: генератор на диоде Ганна, радиотехническая система, доплеровский измеритель скорости, метод гармонического баланса, электродинамическая система генератора.

Диссертационная работа посвящена актуальной задаче разработки электродинамического метода расчета генераторов на диодах Ганна (ГДГ). Предложена самосогласованная модель волноводного генератора с аксиально-неоднородным держателем активного элемента. Данная модель базируется на одночастотном приближении метода гармонического баланса и позволяет рассчитывать энергетические и шумовые характеристики генератора. Математическая модель электродинамической системы генератора получена на основе решения граничной задачи возбуждения прямоугольного волновода основной ТЕМ-модой, распространяющейся в радиальной линии, образованной диском и цанговым держателем активного элемента. Математическое описание кристалла диода Ганна представляет собой полевую модель, в которой используются зависимости скорости и коэффициента диффузии носителей оаряда в полупроводнике от напряженности электрического поля, полученные численным моделированием по методу Монте-Карло. Проведена разработка ГДГ 8-мм диапазона дли волн, предназначенного для работы в составе серийного доплеровского измерителя скорости РИС-В2. При этом использовался алгоритм параметрического синтеза и разработанное программное обеспечение. Экспериментальные исследования характеристик синтезированной конструкции ГДГ показали хорошее совпадение результатов расчета и эксперимента. Создана конструкция ГДГ со стабилизирующим резонатором, имеющая при отстройке от несущей на 10 кГц уровень спектральной плотности частотно-модулированного шума -99 дБ/Гц. Использование разработанных ГДГ в составе РИС-В2 позволяет уменьшить погрешность измерения скорости, обусловленную кратковременной нестабильностью генератора.

SUMMARY

Drobot Sergey Victorovlch "Electrodynajnlcal Analysis of Gunn Device Oscillators for Radlotechnlcal Systems of Special Purpose"

Key words: Gunn device oscillator, radlotechnlcal system, Doppler radar, harmqnic-balanee technique, olectrodynamlcal system of oscillator.

The dissertation is devoted to an urgent problem of developing the electrodynamlcal technique ■ of Gunn dovlce oscillators analysis. The self-agreed model of the dlsR-pln waveguide structure oscillator is developed. This model la based on the harmonic-balance technique and permits to calculate output power, frequency and noise characteristic of the oscillator. The mathematical model of the electrodynamlcal system of the oscillator is obtained on the basis of the solution of a boundary problem of an exltatlon rectangular waveguide by a main TEM-mode extending into the radial line formed by the dish and the active element holder. The mathematical description of the Gunn device crystal uses a field model, in which the electric-fleld-dependence3 velocity and diffusion coefficient of carriers In the semiconductor are obtained by the numerical modeling on the basis of Monte-Carlo technique. A Gunn oscillator design at the 37,5 GHz intended for the Doppler radar PHC-B2 is developed by using the algorithm of parametrlcal synthesis and the developed software. The measurements of Gunn oscillator characteristics have shown good agreement the results of the calculation with the experimental data. A Gunn oscillator design with a cylindrical resonator, which has the fin noise to carrier ratio of -99 dBc/Hz at 10 KHz offset Is created. The application of the developed Gunn oscillator in the Doppler radar PIIC-B2 reduce an speed error, that may arise due to short-term instability of the oscillator.