автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Энергетические и флуктуационные характеристики доплеровских автодинных систем

1юствсшй институт шшенеров грмдмюта авиации

На правах рукописи

УЛЯ 621. 373. 122

ПОРОГОВ Владимир Нва1ювт

энергетические и флуктуащюннш характеристики ¿рпшровских /лтодншш систем

05.12.. 17 - ражхугехнтескнэ л тежт;знотыз с/стена и устро^гггл

автореферат

¿'.•ссэртзцин «а со/яжанш ученой стопин:] кзэдядага техоятесшя саун

Москва, 1992

Работа выполнена в Иосиовскон ордена Летят и ордена Трудового Красного Знамени педагогическом государственной университете имени В. И. Лента

Научный руководитель:

дошор физико-и&ге^тических наук, профессор Ш Л. Хотунцев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Б. И. Шахтарин, кандидат технических наук, доцент С. & Соольский

Ведущая организация - Московский иистигут стаи.

Знцэта Д1:ссертащш состоится " £ " ОЛрв-ЛЗ, 1992 г.

в _ часов на заседании специализированного совета

Я 0?2.05.03 по присуждению ученой степени гхавдадата технических наук в Московском институте иняенерэз гращанской атшщш по адресу: 425433, Иосква, ул. Пулковская, 6а.

С диссертацией полно ознакомиться в бк&янозеке ЫИНГА.

Ашореферат разослан "_" февраля 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

II к. Шзиаханов

общая характеристика работы

Аиссертащюипая работа посвярепа ¡:сследовапи:а доплеровскнх систем блюглей радиолокации ( автодшюв) на полупроводниковых npifiopax. AiUViinupynici зпергеттеские и флу!стуащх>нпые харагс-теристлкп дзипш систем.

Актуальность тени. Автодинные системы ближней радиолокации изучаются довсульно длительное время. За этот период накоплен большой практический и теоретичестй! опыт работы с данными системами. Но теп не менее, существует круг вопросов, которое рассмотрены не достаточно основательно или были вообще упуяены г.з рассмотрения.

Лоплеровсний автодин представляет собой автотлебательпуя ctícreuy, 1Х)лэ6а}1ия которой излучатся в пространство и после отраяеняя от движущегося объекта поступа:зт па вход системы с частотой, сдвинутой па доплеровскую частоту относительно

частоты колебаний автодинпого генератора. При воздействии на генератор слабых сигналов, в скстсхе возникают колебания, модулированные по аипл!ггуде и*фазе, а такта в результате преобразования частоты низкочастотные колебания Uq^ с частотой, равной разности частот генерации и внешнего тюздеИстЕнл, т. е. с доплеровезюй частотой. Зта частота обычно лешт в области флтеернкх частот и юумовиз характеристики автоднна в основном опредол2::тсся флзПсерныни ayuaist. При увеличении амплитуды от-рагвппого сыпала погедетге автоднна не поется и для понимания процессов, пронеходягн-ж в автодине в этих условиях oi^aisamva сссы.1Ц BOXS3Ul2,Gt понятия TSOpUJi cvjhí ренизащии.

Иомпленспое использовать пеллятйяого элемента автоколебательной системы для дополнения различных нелинейных функций -гонериропалия и преобразования колебании - позволило создать малогабариттге авгодини m тех m элементах, .'второе ^пользуются в автогенераторах: тралзт<сторах, тунельпых диодах (ТД), лавивпо пролетных Mодах (ШД), иняекщюино-пролетпих диодах (ипд) и диодах raima (Ж).

В настояаее время имеется значительна; количество работ, посватанных исследованию злергетячески* и флуюгуационных ха раятеристик автодинных систем, однако, в основном, в этих par-

- -

ботах рассматривается автодины на диодах гшпа. праихтесии отсутствуют зкснерииснтальные данные и данные чазшниого анализа флукгуацнопнш характеристик автодинов на транзисторах. не приводились данные во аналитическому расчету гштодинов в рожке сильного отраженного сигнала.

рассмотрена этих и других вопросов представляет собой весьма ваяную и шегуальиую задачу.

цель работы. целью настози&й работы ивлиатся:

1. создание шазнерной нзтодмш расчета зпергетичесгак н флуктуащюнпых характеристик автод>шов на биполярных транзисторах.

2. оценка особенности -поведения автодина при слабых и сильных отраженных сигналах и нахождение условий, когда па походе автодииа исчезает допмеровскаа крхноиепта-

3. экспериментальная оросаргса поведения автодина при различных отранешшх сигналах. /тгзрение перодазочных и флуктуащюнпых характеристик транзисторных автодипоз я сопоставлений их с результатами расчетасопоставление зкенериаентально ш-иереиных харсисгсржтии транзисторно:-: к диодных автодинов.

научная новизна работы состоит с тон* что в пей:

1. разработала инхенериая штодика' расчета энергетически и флуюсуащюнпых характеристик транзисторного авюдина, в результате этого впервые проведен расчет.тзффлцлспта передач! и энергетического потенциала звтодипа с использованием тдел; транзисторного автодина с периодически иеняшушиса дифферен-циальш^ш параметрами

2, предлогов иетод анализа квазистационарного релина раба ты автодина ва всей траектория сблшзгния автодина с отражаете лен при тиенешш частоты колебания акгодила нак при слабой, так и при сильном отраженных сигналах. манный истод позволяв• определять границы применимости слабосигнальпой и сильиосиг пальной теорий автодинов.

3. разработана методика, автоматизированных изиерений ста ттеских и динамических параметров нелинейной иодет биполяр вого транзистора.

4. проведено сопоставление энергетических харакхеристи различных схем автодинов на полупроводниковых приорах, кото

- з -

рое показало преимущества транзисторных автодинов по сравнению с тотыми-

5. впервые показало, что энергетический потенциал автодина на биполярном транзистора па 10-40 дб превосходит потепниа-лы диодных атодинов.

праитичеасая пениость работы состоит в той, что ее результат позволяют:

1 обосновать целесообразность использования биполярных транзисторов в качества активных элементов аптодинных систем.

2. использовать разработанные инженерную методику и проз-pmsrj расчета па эвм для определения энергетических и флук-тугщюнных харзхтергх'пяс автодина на биполярном транзисторе.

3. использовать разработаннные методику и установку для гвто;.>атнз1!ровз!нтх mmpemiü параметров нелинейной задели ггияльтона биполярного транзистора.

на защиту выносятся:

1. иняепяр:>ая методика расчета коэффициента передачи и аизргетичеаюао потенциала транзисторного автодина.

2. г,зтод;:::а сяроделоп'.:я apaiîm приттшости слабосигналь-пол теорт ввтояоюв.

3. аюяержглгасзеш результаты исследовззшя автодинта схстеи im ups:6opax.

реализация результатов работы.

Результата работы.вподхоны и т:сцользу:отся на ¡Цедрах "ра-jzwrexln?a%ïï3x2:!tvq3své средства сввзтг и "iboepsem-устрсг-стта п аятожг пензенского политехнического института, в ИИ? "пссхздрвзяие л иапизное проектировать nezst-uefiziг? полупрогодптявых: СШ устройств усиления, преобразовать я гегерг-?::} выполняемой в улгу int r !l левина в ссотвотстспн с гхюрщпсщхишш планои совета по физической зло'.сгрйпг.гтэ /л ссср, а таютз в нир, выполняемой но заказу предпр:гзтня и/я A-7SC5.

Укязшшыг внедрения подтверждается соответствуюшти гнетами.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались я- сбсулдались да 5-ou Всесоюзной научно- технической семинаре "Автоколебательные euerem и усилители в радиопередаюяих устройствах" (Казань, 1986). па ХЯ науч-

но-тсхнической конференция, посвященной Дню радио (Москва, 1987), на совещании-семинаре "Низкочастотные шумы в полупроводниковых приборах и устройствах" (Черноголовка, 1987), на семинаре но теоретическим вопросам полупроводниковой электро-гшки СВЧ МГЦ НТОРЗС и Научного Совета но физической электронике Л» СССР (Иосква. 1986,1987), на 7-ом Всесоюзной научно-техническом семинаре "Автоколебательные системы и усилители в ра-диопередашуос устройствах" (Симферополь, 1988).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из висдсшш, 4 глав и заюишепия. Общий объем диссертации 192 страницы машинописного текста, ышечая 57 рисунков и Ь таблиц. Библиография включает 171 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель и задачи исследования, обоснована актуальность теш, рассмотрено краткое содержание диссертации и приведены основные научные иолокения и результаты, полученные в работе.

В первой главе приведен aiiEunmmccimü обзор литературных данных по системам блихмей радиолокации на полупроводниковых приборах. Рассмотрены принципы построения и области применения данных систем. Проведено сравнение работы систем ближней радиолокации, использующих автодинный и гетеродинный методы работы. Показаны особенности автодинвого принципа построения.

Определение энергетических и флуктуационных хараяаеристик автодишых систем, таких как мощность минимально обнаруливае мого сигнала, знергетический потенциал и коэффициент передачи, включает расчет коэффициента шума. Лвтодин - mv сложная активная нелинейная система, на флуктуапионные характеристик которой влияет иного факторов. Этр влияние определяется разными источниками - естественных флу1стуаций и флуктуаций элементов схемы. Тепловые и гечерацтнно рекомбинационные шумь полупроводниковых приборов, а танке тепловые шумы антенны / низкочастотной нагрузки составляют первую группу источника!

" 5 - ...

фяуктуаций. Но второй группе технических флуктуации относят {¡¡ликерные флуктуации> флуктуации элементов схемы, нестабильность источников питания и вибрационные шумы.

В HQcroszße время имеется ряд экспериментальных результат тов по исследовали® флуктуацнопных характеристик автодинов на различных полупроводниковых приборах, а теоретическое исследование достаточно подробно проведено лишь для автодина на ту-вэльнои диоде.

Исследованиям автодинов в ретоге сильного ограненного сыпала, несвязно ограниченное количество работ. Это вероятно, связано с теп, что до последнего временя полагалось, что при-iamasiibiii автодшюи сигнал мал по сравнению с амплитудой колебаний>„ и при анализе применялся аппарат линейных дифференциальных уравнений. Однако в ряде случаев предположение о малости Buesaeü силы оказываэ-тса грубым (например, при использовании алтеи с больниц коэффициентом усиления и небольшим рссстоятхт меяду автодивом и объектом), при этом необходимо ;:сследовать нелинейны! дгЦзрепниалъпые уравнения с запаздыва-гЬ'-м аргу^еитси. T&mux аналиппсаас: методов решения подобных уравнений не существует, одназео их иошо репагь методом моделирования яа аналоговых л цифровых ¡зячиеллтелвпых махинах.

Xapajvrep aziveszHiiiя частоты тлгбапнИ автодива при сильных отраженных анналах могло описать используя понятия теории стхропизац'т. ЭалЗяа о noverßutm автодгтных систем в данном адг'^э представляет по та.";::э тсорет:г:ес:с::Х со и npaicrmecitHü интерес, acczojsw. es, fozzzf, во-пэрвих. cafirn грая:щу

прямзшшоста лилеГлоЯ теории, и . во-вторых, ответить па вопрос, при кгзгя пгр^^зтрах е/зкролшацйя шестки сигналом не-возхояна.

Изучен:^} процессов в нелинейных радксскстеиах вклячгет в себя определение переходного л стационарного решмов и мохет вестись с помощью спектрального дли временного представления. При этом лих® небольшое количество нелинейных задач поддается точному аналитическому ревент, в свази с чей существенное затенив приобрели приближенные методы исследования. Применение этих методов анализа нелинейных цепей основано на линеаризации рассматриваемых схем, базирующейся яа предполояеним

- б -

высокой добротности системы, содерятей используемый активный элемент, или на физической упрощении данной задачи.

Большая и валная группа радиотехнических задач сводится к изучению прохождения и преобразования палых колебаний, воздействующих на нелинейную систему, в которой существуют автоколебания большой амплитуды. К таким системам относятся и автодины. Исследование подобных систем осуществляется путей замены линейной системой с периодически меняющимися параметрами, для которой выполняется принцип суперпозиции.

Для строгого определения спектра дифференциальных параметров необходимо знать форму колебаний в автодипе. Кроме того знание переходных процессов в а&юдине необходимо при анализе воздействия сильных отращенных сигналов.

Достаточно строгим методом определения стационарных и переходных режимов в нелинейных сисюмах с сосредоточенными по раиетрамя является метод переметых состояния.

1к>тод переменных состояния основан на расчете переходного процесса в нелинейной системе вплоть до установившегося реяима путем интегрирования на ЭВМ нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих данную систему.

В результате исследования системы методом переиешшх состояния получатся временные зависимости токов и напряжений в различных точках рассматриваемой системы. После установившегося стационарного реяима, разлагая эти зависимости в ряды Фурье, можно определить амплитудные, фазовые, имведансные, ве редаточвые и энергетические характеристики системы.

Анализ опубликованных работ позволил сформулировать следующие задачи исследования:

- создать инженерную методику расчета энергетических и флуктуацианных характеристик транзисторных автодинов. для эта го - определить стационарный решим автогенератора на бшюляр вон транзисторе с применением мааинно-ориентированных метох» интегрирования системы нелинейных Дифференциальных уравнений I осуществить переход к линейной системе с периодически мсняищи мися параметрами;

- оценить особенности поведения автодина при слабых , сильных отраженных сигналах и определить границы применимост.

рапсе развитых теорий;

- рассмотреть вопрос об изменении частоты колебаний автодина при сильном и слабом отраженных сигналах па основе уравнения Адлера;

- чувствительность автодинных систем ограничена наличием низкочастотных аумов полупроводниковых приборов. Необходимо провести измерения пара}.<зтров иизкочастотных шумов диодрп и транзисторов и обосношгь выбор тех или иных полупроводншювых приборов в дрплеровеккх автодинных системах;

- эксперимеятгшьно исследовать зависимость энергетического потенциала и коэффициента передачи автодинных систем на различных типах полупроводниковых приборов от дрнлеровской частоты.

Вторая глава диссертации носвяхрна георгтячее/сому исследования автодата на биполярном трапзисюре.

В транзисторных автогенах од!ювременво существуют автогяо-леоаниа большой амплитуд;,i ,7 отраженные от объекта колебалия малой ¿и.нш:тул^ Для одновременного описания этих колебаний целесообразно использовать модель транзистора с непрерывными нелинейным» зависимостями. Наиболее полной моделью биполярного транзистора является модель Гамильтона. Данная модель содержгг пелшеиные емкости переходов, сопротивления диффузионных областей р- п переходов транзистора и четыре генератора тока. Однако, модель Гамильтона не учитывает некоторые пелахейпыз нз-лепия, свонстиеппьх} транзисторным структурам при больпих уровнях иняекцим. а также зависимость параметров от температуры.

8 работе лспользуется модафщнровавпая нелинейная модель биполярного транзистора, предложенная В. И. Федотовым и KLJL Хо-тунцевым. В дашюй модели учюшаохгса зависяжють статмсского коэффищ:епта передачи от mita ияжекилн и модуляции аирнпы базы, лавинное ушюжзшь постелей заряда, а также зависих*ость параметров шдели от температуры. С учетом параметров корпуса транзистора и объемных сопротивлений, модифицированная модель Гамильтона содержит систему параметров, которые условно мотто разделить на статические и динамические.

Далее проводится рассмотрение автоколебательной системы с использованием полной нелинейной мололи бшюляртго трапзисто

ра. Анализ работы автогенератора проводился во временной области с помощью метода переменных, состояния. Генератор описывался системой 16 обыкновенных дифферещщальпых уравнений первого порядна. Данная система интегрировалась на ЭВМ ¡¿етодом Рунге-Чутта четвертого порядка. В результате решения системы уравнении определялись значения токов и напряжений в различных узлах схемы генератора как функции времени. Спектральный анализ токов и напряк&ний позволил определить частоту и мощность генерации автодина, а также зависимость частоты и мощности генералы от температуры и напряхепия питания. Такой подход позволяет исследовать хараихеристшси автодина более полно и в условиях, весьма приближешшх к реальным.

После определения стационарного редаш для расчета ¡коэффициента передачи автодина и его ауновых характеристик был осуществлен переход от нешшейной системы к линейной с периодически меняхишмися параметрами.

Для слабых отраженных сигналов автодш! представляет собой лине&шй смеситель, который удобно характеризовать коэффициентом передачи но напряжению для расчета которого определялись амплитуды напряжения отраженного сигнала ¿¿0тр па частоте (о>с + и низкочастотного сигнала. Ч на частоте , который

можно снимать с сопротивления смешения. Матрица-столбец генераторов тока содержала лишь один ненулевой элемент - источник отраженного сигнала 1отр па частоте (со0 +5?р ). Задавая значение 1отр и реоая линейную систему уравнений методом Гаусса, получаем искомые напряжения, а в итоге - коэффициент передачи автодина во напряжению. Коэффициент передачи определяется и другим способом, который состоит в решении системы линейных уравнений методом Крамера. Как показали расчеты, эти два способа дакт совершенно одинаковые результаты.

Коэффициент шума транзисторного автодина рассчитывался по линеаризованной схеме автодина спектральным методом, используя о£. т £ представление для мпогочастотного приближения и метод узловых потенциалов. При расчете флуктуационпых характеристик автодина были учтены гевсрационво-рекамбииащюнные, тепловые и фликерные источники шума транзистора Источник вума 1Р ,который описывает шум типа 1/Г подключен параллельно дифференци-

алыюй проводтюоти эииттерного перехода. Его спектр зависит от частоты по закону

И'олзбавня больхюй амплитуды в автодияе приводят к периодической пестациопарности гзверацхопво-рэхоь&нпащювтк л ^ликерных щупов. При расчете флуктуаций в системе с пероотюескн меняющимися параметрами выделяеи сколь угодно узкие полосы, в которых флуктуации описываются синусоидами с квазистсщюнарны-ии амплитуда}.»} и фазами. Таили образец, входные флуктуации представляются в виде суперпозиции квазистациопарных ашусоид. Флуктуации на выходе находятся таю& в виде суперпозиции iasa-зистащ-юнарпых синусоид с поиозью ¡{оыплэкспых ¡сооффицлеитов передачи. Для рассматриваем'} схемы автоднпа котлекспые амплитуды генератора шума на частотах, сдвинутых относительно несущей частоты и ее гаржпик па частоту , описывакяся патрицей генераторов аут Е1г1, представляющей ызтрицу-столбец, со-дертщую комплексные амплитуды квазисинусоид нстоштков шумового тока, Breicaicmeso или вытекающего из узлов схемы па всех рассматриваеиых частотах.

Спектральная плотность яуиового напряжения в узлах схеш при атом определяется выражением

в - ГУ2 Г*. ШГШ+- гы" . (1)

Suait "1" означает зршаюво-сопрятенке.

Шуи типа 1/Г определяется патрицей с одним Д!ягональпым элементом ГlF Ip J.

Патрица трреляиЦюШЁх собтндзений для данного тина аут с учетом периодической ностацйонарпости иогет быть представлена в виде

cifm "-jjfrcdj.

гдг-LDl - квадратная матрица с коэффициентами D - DoDs. а Рк , Ds - гаркюники детерминированной функции времени D(t)= Visa -Производя перешюяение матриц CYX]"X ,СУх1~х*и ИгШгГ в уравнении (1), получаем спектральную плотность шумового нанрялепиз в узлах схеш на всех рассматриваемых частотах, ¿алее был про-

веден расчет коэффициента шума в низкочастотной нагрузке автодана, а таюе были определены величины минимально обнаруяшЕае-\юй мощности и энергетического потенциала. Полученные результаты качественно совпадают с результатами эксперимента.

В третьей главе теоретически исследуются характеристики автодинов при воздействии на них слабых и сильных отраженных сигналов с целью определения условий, когда на выходе автодина исчезает дрнлеровская компонента. Хотя эта задача мохет быть решена на ЭВМ при значительных затратах машинного времени, с целью получения аналитических результатов были выбраны более простые, но приближенные методы исследовашш.

При анализе малых воздействий на автодии предполагалось, что воздействующей па а&тодип сигнал не влияет па решил автодина и на параметры генерируемых им собственных ¡юлсбапий. В этом случае автодин мохст быть представлен в виде актоколеба-телыюй системы с периодически меяяшвтюя каргшзгралги, в ко -•юрой ииест место решш биений. В рехзаю сильного отрахевпого сигнала это предположение становится кепреемлсмыи. В этих условиях сигнал, Еоздействуюший па авюдип существенно влияет на параметры генерируемых колебаний.

При малых доплеровеких частотах процесса, г, автомше удобно рассматривать в квазистационарном приближении, когда О. В э'том случае сигнал лешт в полосе синхронизации, однако в сискме наблюдаются амплитудная и частотная модуляции, связан-пгс с изменением вносимого сопротивления, что, однако, не противоречит теории синхронизации. В решше сильного сигнала в автодшшой системе наблюдаются переходные процессы, характерные для синхронизированных систем.

В автодшшых системах начальный сдвиг фаз мепду собственными и приходящими колебаниями медленно меняется, поэтому часть дон-леронекого периода частоты колебаний автодина превышает частоту автономного генератора, а часть - становится меньше. Хотя частота приходного сигнала Сое + 22^ все время больсе частоты со0 генерируемого колебания, движение частоты генератора к стационарному состоянию в зависимости от начальной фазы колебаний полет быть ве только монотонно возрастающим, но и вначале уоываютш.

Рассматривается поведение изохронного автодела в наиболее простои для анализа стационарной случае, который имеет место при неподвижном отражателе ( = что соответствует режиму синхронизации при любых коэффициентах отражения Г от отражателя. Этот анализ представляет интерес, поскольку позюляст прогнозировать поведение автодина и при медленном движении отражателя. Для данного исследования была использована теория генератора с длинной линией.

Влияние большого коэффициента отражения в квазистационарном случае рассматривается для схемы изохронного генератора. Полученные результаты показывают, что но мерс приближения отражающего объекта к автодипу, когда расстояние умсныхются, при малых Г генерация по срывается, а в системе появляются колебания, амплитуда и частота которых зависят от рассюштя, при увеличении Г колебания при изменении расстояния периодически срываются. При медленном движении объекта, когда выпол-нястся квазистациопарное приближение, генерация станопнгся прерывистой с течением времени. С ростом Г нарушается нерио-щенюсть процессов в автодине, появляются зоны генерации, величина которых меняется с ростом Г, в пределах зоны генерации частота колебаний меняется от шмт до и)МАкс , величины СОмнн и сомам также меняются. В силу этого мгновенная доплсровская частота =2со00)гг/С менясчся, зависит

от расстояния и средняя дрплсронская частота для данной зоны генерации Шд-ср - £сОсрЯ/й ■ Таким образом, реальные процессы в автодине не являются периодическиии. При наличии потерь в тракте передачи сигналов автолипа срывы генерации могут отсутствовать и при больших Г.

Результаты анализа статического случая оказываются тест связанными с результатами динамического случая. Если отражатель приближается к генератору со скоростью что соответствует сдвигу отраженного сигнала на частоту Доплера >0. При сильных отраженных сигналах в результате синхронизации частота генерации будет двигаться вслед за частотой отраженного синхронизирующего сигнала и)0 +52^ до границы полосы синхронизации, после чего синхронизация будет срываться и частота генерации возвратится к частоте, близкой к С00 .

-12-

Проведено исследование о помощью уравнения Адлера математической модели реального автодина при слабых и сильных отраженных сигналах. Показано, что когда сигнал дрплеровской частоты лежит вне волосы синхронизации, в системе наблюдается периодическое, близкое к гармоническому, изменение частоты колебаний автодина. Когда же частот Дрилера летт внутри волосы синхронизации, форма колебаний частоты резко отличается от гармонической зависимости, т.е. содержит много гармоник. НаЗ-людалось также медленное изменение максимумов и минимумов кривой относительно начальной частоты колебаний с очень ншкой частотой 45р. 17/С . При достаточно большой коэффициенте отражения и при низкой добротности системы происходит периодическое и гармоническое изменение часпхугы колебаний автодина, которое при приближении отражателя к автодину становится шяедшдачес-еии На малых расстояниях получается слотый спектр ¡юлобапий. который близок к результатам. получении1,} при рассмотреть явления самосинхронизации.

Четвертая глава поавжрна экспериментальному исследзваниа авгодшюв па различных птах полупроводниковых'Приборов.

Приводятся результаты измерений параметров нелинейной модели биполяриьх транзисторов 2Т-642А и 2Т-С'1" 'к Для проведения намерений статических и динашпеских параметр. :и были использованы разработазшые совместно с ЯГ.Ляпунова автоматизированные установки.

Проведено измерение низиочастотпых щупов биполярных транзисторов и лавиппо-пролстных двддш. Измерялась спектральная плотность мозщзсти шумов в прямом вилтешы транзистора. Для донного режима работы был осусвствлсн пароход от источника сумо вой ЭДС на выходе к генератору тока на тот транзистора. Были определены коэффициенты аппроксимация зав1£шюстей спект-оальоой плотности тока от частоты. Измерения проводились в частотном диапазоне от 60 Гц до 20 ООО Гц, Как следует из результатов измерений, вум типа 1/Г проявляется в достаточно узкой части частотного диапазона (60 - 2 500 Гц), далее зависимость носят несколько иной характер из-за влишиш гонеращюн-по-рекомбинащялшого шума. По результатам измерений. низкочастотных вумов можно судить о целесообразности жвомзошния

того или иного ¡¡Ьлупроводнитвого прибора в пемшейпых устройствах, в частности, в автогенераторах и автоделах.

Приводятся результаты экспериментального исследования ав-тодшюв в ренате сильного отраженного сигнала. При медленном перемещении отражателя для авторша па биполярном транзисторе 2Т-648А наблюдались срывы генерации. Расстояние между максимумами мощности зов генерации составляло Х/£ , где А - длина волны 'Коэффициент отражения изменялся от 0.5 при расстоянии до автод!та равном ¡>\ , до 0.9 при О. Ввиду высокой добротности транзисторного автодина при движении отражателя изменение час-юты в пределах золы генерации было равно 3 МГц. Аналогичные исследовавши автодипа па диоде Гаина показали, что с ростом коэффициента отражения в автодине не происходило сры нов генерации. а т&ли иесто с/сачки частоты из-за многоконтур-пой резонансной системы данного автодипа.

Дгиюе проводилось сопоставление экспериментальных результатов исследования энергетических потенциалов и коэффициентов передачи различных схем автодипов сантиметрового диапазона па полупроводниковых приборах. Исследовалк'сь завуяимости потенциала и коэ$51щиеита передает гиуюдилор от частоты донлеровекого сигнала и от добротности автоколебательной системы.

Эксперименты проводились с автодщщии на ТД, ДГ, ЛПД, ИПД и па биполярных транзисторах. Нолебатрльпые системы были выполнены в 1х)лиоподпом (ТД,ДГ,ШД), коаксиальном (ИПД) и шперо-ПОЛОС1ЮВОМ (бшюлярный транзистор) исполнении. При измерениях отраженный сигнал ишитнровался внешним генератором слабого сигнала. Из результатов измерений следует, что потенциал автодина на выбранной частоте Дрнлера в полосе A f возрастает с ростом внешней добротности автоколебательной системы. Так, цри увеличении добротности в 10 раз потенциал возрос на 30 Дб, что, видимо, можно объяснить ослаблением собственных шумов автодина. С ростом частоты донлеровекого сигнала наблюдалось падение потенциала в связи с уменьшением коэффициента передачи и ростом мощности минимально обнаруживаемого сигнала, а чем вше добротность, тем слабее уменьшался потенциал Впервые показано, что потенциал автодина на биполярном транзисторе в сантиметровом диапазоне превосходит потенциалы диодных автодипов.

-14-

Были проведены исследования зависимости потенциала при изменении параметров цепи смещения. Для автодина на ЛПД получено, что с ростом сопротивления смещения от 400 Ом до 3 кОм потенциал возрос с 90 дБ до 104 дБ при частоте Доплера 1 кГ«. что связано с увеличением коэффициента передачи.

В заключении приводятся основные результаты проведенных исследований, нолучсшшс в диссертационной работе.

ОСЮШШ РЕЭУШАШ РАБОТЫ

1. Разработана инженерная метошка и программа расчета на ЭВИ энергетических и флукту<ш^ённЕ^^автод}Н!а на биполярном транзис-юре. Проведен расчет коэффициента передачи и энергетического потенциала автодина на транзисторе 2Т 913А. Результаты расчета шдашрвдеиы экспериментом.

2. Предложен аналитический метод анализа автодшпшх систем в стационарном и квазкетанионарном ■ рентах работы при сильных отраженных сигналах. Показано, что по мере прнблшяння отраваюиего объект к автодину ври малых (до 0.1) значениях коэффициента отрешения генерация не срывается, а в системе появляйся колебания, амплитуда и частота которых зависят от расстояния. При увеличении ¡юэффицкепта отраяокп.. до 0.0 «шо-бания периодически срыпаются. Проведенный анализ показывает возможность двух режимов работы щлоджа - классического, сла-босигнальпого, даххяего информация) о иет и силъиоспгпадьного, при больших коэффициентах отражения, когда такая информация отсутствует.

3. Проведен анализ изменения частоты колебаний автодина при сильном и слабом отраженных сигналах. Показано« что в ряде случаев, когда сигнал донлеровской частоты делит внутри полосы синхронизации форма колебаний частоты резко отличается от гар-мзни1 "ской зависимости В этом сдучае отсутствует модуляция с донлеровской частотой, то есть информации О цели нет. Если же частота Доплера лежит вне полосы синхронизации, то колебания носят гармонический характер.

4. Получены уточненные уравнения автодина без учета цепи смешения и с цепь» смешения для любых отраженных сигналов.

- 15 -

5. Определены параметры нелинейной подели биполярных СЕЧ транзисторов и нстоттюв низкочастотных флуктуации в этих транзисторах и лавшшо-пролетпых диодах.

6. Проведено экспериментальное исследовать эпергепг-чсскцх xvpv!?jvp::crmc автодт'-ОВ па разлитых тгмах полупроводниковых приборов. Показано, что автодип па биполярном транзисторе илеет звергеттеский потенциал на 10-40 дБ выт.е по сравнент с д:юдпы!.'.л автодцнахш.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

' 1. ¡дротов В. IL , Гринберг Г. С., Хотупцев KLJL Я вопросу сб изменении во npextenn частоты■колебаний автодива при слабых и сильных отраженных сигналах / Нелинейные проблемы полупроводниковой электропики СШ. I*еявузовскчй сборник. - IL: МГПИ имели В. ¡{.Ленина, 1985. - С. 116-120.

2. Ляпунов КГ., ¡'о рою в В. Л. Измерение статических параметров нелинейной модет биполярного транзжтра на автомж'и-зирошнюй установке // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы, 198G. - Вып. 6. - С. 43-46.

3.. ¡кзротов & Я., Зубов П. Т., Хотупцев Ii Л Анализ ква-зистшиюпарпого реямма работы автодцна при сильном отраженном сигнале // Радиотехника и электроника, 1988. - Т. 33. - Н 2. -С. 333-346.

4. tiopOTOB В. И.. Иогилевская Л Я., Cmmixioui А. П., Хотупцев й. Л Шякочастотпые cyitu в полевых и бпполярпых транзисю-ра:< // Элскгроппая техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы, 1089. - Вып. 1. - С. 3 - 7.

5. Ляпунов В. Г., Iкзротов В. И. Измерение дш1ши{ческих параметров нелинейной модели биполярного транзистора на автоматизированной устапоыяе // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые Приборы, 1989. - Вып. 5. - С. 100 - 103.

6. Порогов В. IL, Хоту1щев & Л Энергетические характеристик дрплеровекпх автодиниых систем // Радиотехника и электрошока, 1990. - Т. 35. - N 7. - С. 1514 -1517.

- 7. Астаткевич Б. А , Порогов В. И., Иогилевская ЛЯ., Хотупцев ПЛ. Исследование передато'шых и флуктуацноппых характеристик автодипвых устройств: Отчет по НИР. К Гас. регистрации

- 16 -,

81081833. - Ik ИГПИ им. В. И. Ленива, 1987 - S3 С.

Соискатель ШФс—~ в-11 трогов

Заказ 2.S ЙЭДййгша в печать 05.02.92 г.

Типография Пензенеского гвееударстнениого педагогического института ¡su. Я t. tsCMHCKoao 440602, г. Пенза, ул. ЛержнТоПа, Д. 37.