автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Модели и структуры аналоговых устройств пикосекундного диапазона

На правах рукописи УДК 621.37

АВДОЧЕНКО БОРИС ИВАНОВИЧ

МОДЕЛИ И СТРУКТУРЫ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ ПИКОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА

Специальность 05.12.04 - радиотехника, в том числе системы и устройства

телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2005

Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и зашиты информации Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ильюшенко Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Малютин Николай Дмитриевич

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией Тарабрин Юрий Константинович

Ведущая организация Новосибирский государственный

технический университет

Защита состоится « 17» мая 2005 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.01 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 40, тел. (382-2) 51-05-30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, ул. Вершинина,74

Автореферат разослан

«¡к»

апреля 2005г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.268.01, кандидат технических наук

А. А. Кузьмин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение скорости передачи, приема, обработки информации всегда является актуальной задачей, стоящей перед разработчиками радиотехнических систем и устройств. С переходом к использованию сигналов субнаносекундных и пикосекундных длительностей ширина спектра

которых составляет единицы - десятки гигагерц, сложность разработки резко возрастает. Это обусловлено следующими причинами.

1. Для анализа работы устройств необходимы эквивалентные схемы используемых на предельных возможностях активных и пассивных элементов, с учетом их геометрических размеров и паразитных связей между элементами. Такие эквивалентные схемы отличаются высоким уровнем сложности и существенно затрудняют анализ исследуемых устройств.

2. Математическими моделями устройств являются дробно-рациональные передаточные функции. Порядок этих функций достигает значений нескольких десятков - сотен единиц даже у сравнительно несложных устройств пикосекундного диапазона.

3. Классические интегральные соотношения, связывающие дробно-рациональную передаточную функцию с переходной (импульсной) характеристикой, не отличаются наглядностью, так как не отражают непосредственной связи между амплитудно-частотными и переходной (импульсной) характеристиками устройств.

4. Реализация предельных по быстродействию переходных характеристик устройств пикосекундного диапазона ограничивается потенциальными возможностями существующей элементной базы и использованием известных подходов к проектированию. В этой связи актуальными являются вопросы определения оптимальной формы переходной и частотных характеристик, соответствующих максимальному быстродействию радиотехнических систем и устройств.

В работах А.А. Ланнэ, О.Б. Лурье, И.Т. Турбовича, A.M. Заездного, И.А. Суслова и других авторов предлагаются разные формы частотных и переходных характеристик. В литературе не рассмотрено, какие формы характеристик должны иметь устройства при максимальной скорости передачи сигнала.

Из-за сложности моделей и интегральных связей между характеристиками, исследование устройств проводится с использованием численных методов, при которых теряется связь между структурой и характеристиками устройств. Исследованиями связи формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и фазочастотной характеристики (ФЧХ) с переходной характеристикой (ПХ) занимались И.И. Теумин, Г.Б. Давыдов, Н.С. Кочанов, ЛА Меерович, Г.П. Тартаковский и другие авторы. Однако в этих работах рассмотрены частные случаи изменения формы АЧХ и ФЧХ. Исследование связи АЧХ и ФЧХ произвольной формы с формой ПХ не проводилось.

В пикосекундном диапазоне актуальной является задача устранения влияния на характеристики устройств паразитных электромагнитных связей, возникающих

между элементами устройства и зависящих от конструкции. В работах А.П. Сиверса, М.Л. Волина, М.В. Верзунова, Ю.Я. Иосселя., П.Л. Калантарова и других авторов исследуется влияние конструкции на характеристики устройств. Исследования носят качественный характер и не учитывают специфику сигналов пикосекундного диапазона.

Проведенный обзор литературы показывает, что для разработки пикосекундных систем и устройств необходим иной подход, не связанный на этапе проектирования с эквивалентными схемами, дробно-рациональными передаточными функциями и интегральными связями между характеристиками.

Целью диссертационной работы является разработка моделей и структур аналоговых устройств пикосекундного диапазона для проектирования, создания, исследования и внедрения быстродействующих устройств с оптимальными характеристиками.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.

1. Разработка математических и структурных моделей устройств, отражающих процессы искажения и формирования пикосекундных сигналов.

2. Исследование связи между отклонениями частотных и переходных характеристик для определения допустимых отклонений характеристик от оптимальных.

3. Выбор формы частотных и переходных характеристик быстродействующего устройства при ограничении частотного диапазона используемых активных и пассивных элементов.

4. Исследование переходных процессов и выбор структур устройств, обеспечивающих оптимальные по быстродействию характеристики.

5. Разработка, исследование и внедрение пикосекундных устройств различного назначения с оптимальными по быстродействию характеристиками.

Методы исследования. В работе используются: спектральный метод; временной метод, метод прямого и обратного преобразования Лапласа; методы анализа, численного интегрирования и моделирования на ЭВМ; метод графов; интегральное и дифференциальное исчисления, элементы теории передачи информации и теории потенциальных характеристик линейных фильтрующих цепей, методы экспериментальных исследований.

Научной новизной отличаются следующие результаты работы.

1. Метод исследования пикосекундных устройств, основанный на связи отклонений от исходных частотных и переходных характеристик линейных устройств.

2. Математические и многоканальные структурно-функциональные модели, описывающие переходные процессы в устройствах пикосекундного диапазона с высоким порядком передаточных функций.

3. Оптимальные по критерию минимального времени нарастания формы частотной, фазовой и переходной характеристик устройства.

4. Использование неминимально-фазовых цепей для реализации оптимальных форм амплитудно-частотной, фазочастотной и переходной характеристик.

5. Новые структуры корректирующих цепей на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями и неоднородных линий передачи и соотношения, связывающие параметры этих цепей с переходными характеристиками.

6. Математические выражения, описывающие влияние конструкции на характеристики устройства.

Практическое значение работы заключается в решении ряда схемотехнических и конструкторско-технологических задач, позволивших впервые в стране создать гибридно-интегральные усилители с временем нарастания переходных характеристик 40 - 100 пикосекунд, генераторы гигабитовых последовательностей импульсов с тактовой частотой до 4 ГГц и другие устройства. Эти характеристики достигнуты при комплексе других противоречивых и важных параметров: высокие коэффициенты усиления (более 46 дБ) и перекрытия по частоте (более 100000), высокая амплитуда выходного сигнала (до 7 В). Внедрение разработанных устройств позволило многократно улучшить характеристики приборов и комплексов.

Реализация результатов исследований.

Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и защиты информации Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Результаты диссертации использованы в учебном процессе и в научно-исследовательских работах при создании различных устройств и систем по заказам государственных предприятий. При непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Пикосекундные усилители с временем нарастания 70 пс используются для повышения чувствительности сверхскоростных осциллографов реального времени "Лотос" и внедрены в ВНИИОФИ, г. Москва. Применение усилителей позволило на два порядка повысить чувствительность осциллографов реального времени.

2. Пикосекундные усилители с повышенным уровнем выходного сигнала используются в стенде для исследования физики плазмы "ТИР-Г, разработанного по международной научно - технической программе термоядерного синтеза в ФИАЭ им. И.В. Курчатова, г. Троицк, Московской области. Внедрение усилителей позволило на порядок повысить временное разрешение установки и на два порядка - чувствительность регистрирующей аппаратуры.

3. Пикосекундные усилители для волоконно-оптических систем связи используются в ИОФАН (г. Москва) и в институте электроники "Элита" (г. Вильнюс). Усилители являются базовыми блоками в различных разработках.

4. Быстродействующие усилители с широким динамическим диапазоном используются в многоканальных системах (в НИИЯФ МГУ, г. Москва и ИКФИА СОАН, г. Якутск), регистрирующих излучение Вавилова - Черенкова, создаваемое в атмосфере космическими частицами сверхвысоких энергий.

5. Генератор гигабитовых последовательностей импульсов используется в институте электроники "Элита", г. Вильнюс. Является основным функциональным узлом генератора Г5-96. Применение генератора позволило в 3 раза увеличить тактовую частоту генерируемых импульсов.

Кроме того, разработанные быстродействующие устройства используются в установках зондирования атмосферы (ИОА СО РАН, г. Томск); в устройствах

подповерхностной локации (СФТИ, г. Томск); в новых разработках приборов по нелинейной радиолокации (НИИ "Проект", г. Томск); в стендах для исследования датчиков ионизирующих излучений (СФТИ, г. Томск); в сканирующих акустических микроскопах (НПП "Циклон", г. Фрязино); в составе измерительных комплексов и приборов (МГПУ, МФТИ, г. Москва, ПО "Веста", г. Вильнюс, НПО "Дальняя связь", г. Санкт-Петербур), в фазированных антенных решетках (ИСЭ СО РАН, г. Томск).

Авторское свидетельство № 1246333 "Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления" внедрено в разработке ФИАЭ им. И.В. Курчатова, авторское свидетельство № 1062849 "Каскодный усилитель" - в ОКБ при МЗВП, г. Свердловск.

Результаты разработки и внедрения пикосекундных усилителей отмечены бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Апробация работы проводилась на следующих конференциях, школах, семинарах, симпозиумах:

- на 3й и 4й Всесоюзных школах по пикосекундной технике, г. Ереван, 1988 и 1991г.;

на научно-технических республиканских конференциях

"Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов", г. Вильнюс, 1987 и 1991 г.;

- на 1м и 2м международных симпозиумах "Сибконверс - 95" и "Сибконверс -97", г. Томск, 1995 и 1997 г.;

- на 4й международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" г. Новосибирск, 1998 г.;

- на пятой Всероссийской научно - практической конференции «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», г. Томск, 2003г.;

- на научно-технических семинарах УПНТО РЭС им. А.С. Попова, г. Москва.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 76 работах,

в том числе в монографии «Пикосекундная импульсная техника» (Издательство "Энергоатомиздат", М.: 1993, 368с); в 23 - х статьях в центральной периодической печати; в 8 - ми авторских свидетельствах на изобретения; в 29 - ти материалах докладов на международных, общесоюзных и республиканских конференциях; в 8 - ми научно-технических отчетах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа изложена на 102 страницах машинописного текста, иллюстрирована 33 рисунками и содержит список литературы из 92 наименования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод исследования аналоговых устройств пикосекундного диапазона, основанный на связи отклонений от исходных амплитудно-частотных, фазочастотных и переходных (импульсных) характеристик позволяет с достаточной точностью описывать процессы формирования и искажения импульсных сигналов в линейных устройствах пикосекундного диапазона с передаточными функциями высокого порядка.

2. Многоканальные структурно-функциональные модели, построенные на основе соотношений, связывающих отклонения от исходных частотных и временных характеристик, являются структурами аналоговых устройств, реализующими оптимальные формы переходных характеристик.

3. Реализация оптимальной по критерию минимального времени нарастания формы переходной характеристики возможно только в устройствах с неминимально-фазовыми передаточными функциями.

4. Аналогами многоканальных корректирующих структур пикосекундных устройств являются отрезки линии передачи с реактивными неоднородностями, параметры которых связаны с коэффициентами и периодами разложения в ряд Фурье отклонений частотных и временных характеристик.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, приводится краткий обзор литературы по теме исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выбраны оптимальные формы АЧХ, ФЧХ и ПХ. С учетом работы устройства в условиях ограниченной полосы пропускания и спадающего с частотой спектра сигнала применялся критерий минимального среднеквадратичного отклонения между нормированным выходным и входным сигналами [1].

Полученные оптимальные частотные характеристики соответствуют характеристикам идеального фильтра нижних частот (ФНЧ):

. [1; 0<ока>. | ©) = ^ (р{т)=аа> „„„ 0<ахео_

\К(С

0;ш>со

при

(1),

в

где О - групповое время задержки, (о - верхняя граничная частота.

характеристика определена

Оптимальная переходная преобразование Фурье:

через

1 I

со

откуда, с учетом (1), получена

нормированная ПХ:

2 п

со.

(2) ,

где

-

стандартная

функция - интегральный синус. Подобная форма переходной характеристики рассмотрена О.Б. Лурье, как идеализированная, физически нереализуемая.

На рисунке 1 приведены нормированные оптимальные частотные и

нормированное время.

Особенность оптимальной переходной характеристики - выброс перед передним фронтом, ликвидирующий затянутый начальный участок характеристики и обеспечивающий минимальное время нарастания переходной характеристики.

« - - а'2л

а) б)

Рисунок 1. Оптимальные характеристики: а) АЧХ и ФЧХ, б) - ПХ

Для определения допустимых отклонений от оптимальных характеристик исследовалась связь между отклонениями частотных и переходных характеристик [2,3].

Рассматриваемые частотные характеристики представлялись в виде:

<р{(а) - (а) + А<р(о)) (3 ), где |^0(<ц)| и

Ф о - проектируемые (например, оптимальные) АЧХ и ФЧХ; |£(ffl)| и (р{<о)

I - | М-КН

- исходные частотные характеристики; |ДК(<а)| =-j- - нормированное

vH

отклонение между необходимой и исходной АЧХ, &<р(б)) -<р{со)-<р^((й) .

относительные отклонения ФЧХ.

После подстановки (3) в (2), получены следующие выражения, связывающие отклонения между частотными и переходными характеристиками:

/КО = *0(О + Лу/) + ЛуО (4), где у„

do)

(5),

л:

О

О)

&h,(i)=.~ f1 r (6) и aVí)=— J ;г-------d(0 (7) "

* J tu /t ш

к0 О

соответственно исходная ПХ и изменения в ПХ, вызванные отклонениями АЧХ и ФЧХ.

Для наглядности связей между характеристиками использовалась аппроксимация отклонений частотных характеристик ортогональным рядом

00 00

Фурье [2]: А(П) = а + £ ап cos 7„Q+ sin Т„С1 (8) где A(fi) = Л<р(П) -

п = 1 п = 1

при изменении ФЧХ или Д(П) = |ДК(Г2)| при изменении АЧХ; С1=а>!глй -

нормированная частота; ап и Ъп - коэффициенты п-ой составляющей ряда Фурье, Тп = 2жЫ- нормированный период П-ой гармоники; =со/ео^ -нормированная частота, <о д - верхняя частота интервала аппроксимации. Число

членов ряда П определяет точность аппроксимации характеристик и описания переходных процессов. Как показано в диссертации, для физически реализуемых

устройств необходимо выполнения условия: /а, < 1/я2 5 ¿и/6, <1/И } начиная с п- ого члена ряда. Ограничение членов ряда, необходимых для реализации заданных отклонений ап и подтверждает первый пункт положений, выносимых на защиту.

Подстановкой в выражения (6) и (7)

отклонения АЧХ

|дК(£1)| = ûq + cosT^Q (9) и ФЧХ Ар(П) = ]Г/>„ sin^Q (10) получены и=1 и=1

в ПХ: ДАА(Г) = аоА0(Г) + ||;«„^0(Г + 7'д)+у?-Г„)](11);

отклонения

л=1

A„(î)= +Tn)-ho(t ~тп)}(12), где t=tlcaA- нормированное

2Я=1

время.

Величина отклонения ПХ складывается из коэффициентов ряда Фурье, а задержка во времени - соответствует периоду гармоники аппроксимирующего частотные характеристики ряда Фурье. На рисунках 2 и 3 приведены эти отклонения для двух членов ряда Фурье.

|лвд|

г/ЧТ"1.

, _ __ Jpy-

I ^-' i 1 1

авдг-

I

Ï«!

г——f.__|

■i" ~] i - ;--i2

1Л2 1Я1 а

-ri -тг о Т2 rt | б

■П -Т2 0 Т2 Т1 t

Рисунок 2. Изменения ПХ при отклонениях АЧХ: а) отклонения АЧХ: 1 - cos0,2 - а2 cosT^Œ. 3 - £ апТ,б) изменения ПХ: 1- h0(î),

2 - h0(t ) + A/îj(t), 3 - h0(t )-&ht(ï); в) отклонения ПХ: 1 - &hk(î), 2- [-Дhk(t)] Др<П)

YA

V-

-i,

!

IV _L

2 VV / V

— __

1 î î î

f—V -Р î

0 AT, I'Tj ,Т( Т, о т2 Т, -т} -т2 О Т2 Т;

а) б) в)

Рисунок 3. Изменения ПХ при отклонениях ФЧХ: а) отклонения ФЧХ: l-bjsmfjfi, 2-b1%i\iT1Qi3-YJbnsinTnil б) изменения ПХ: 1- A0(f), 2 -

h„(t) + ДА, (?), 3 - h0(t) - Ahk (?) ;в) отклонения в ПХ: 1- , 2- [- Дh9 (Г)]

В минимально - фазовых цепях характеристики связаны между собой преобразованием Гильберта, и по одной частотной характеристике можно определить другую характеристику:

^ЛЧЩ^» |А£(аф1 | ¿ю (13) )

Подстановкой в (13) изменения АЧХ в виде (9), в случае ао=0 получено выражение [2], описывающее изменения ФЧХ, вызванные отклонениями АЧХ:

оо

И=1

Подстановкой полученного выражения в (7), с учетом (11), получены отклонения в ПХ, вызванные отклонениями АЧХ:

00

бИк (0 = АЛЛ(Г) + АЛ9>(?)= - Ги) (,4)

я=1

Аналогично получены соотношения, связывающие отклонения в ПХ минимально-фазовой цепи по отклонению ФЧХ:

= 'М0('-Т„) (15) п=1

Как следует из (14) и (15), в минимально-фазовых цепях, при отклонениях АЧХ и ФЧХ, отсутствуют реакции в ПХ перед передним фронтом. Это подтверждает третий пункт положений, выносимых на защиту.

По результатам проведенных в первой главе исследований сделаны следующие выводы.

1. При каскадном соединении устройств с оптимальными формами АЧХ, ФЧХ и ПХ сохраняется оптимальная форма результирующей характеристики.

2. Характерной особенностью устройства с оптимальной переходной характеристикой является наличие отрицательного выброса перед передним фронтом, ликвидирующего затянутый начальный участок переходной характеристики.

3. Величина изменения ПХ складывается из коэффициентов ряда Фурье, аппроксимирующего изменения частотных характеристики, а задержка во времени изменения ПХ соответствует периоду ряда Фурье.

Во второй главе рассмотрено моделирование переходных характеристик и передаточных функций в линейных цепях [1,4], определены условия физической реализуемости.

Отклонения переходной характеристики (10),(12),(14),( 15) Лк({) ъ устройстве реализуются с помощью структурных моделей, содержащих стандартные элементы: разветвители, сумматоры, усилители или аттенюаторы, линии задержки. Варианты построения моделей приведены на рисунке 4. Структурные модели передаточных характеристик устройства получены путем дополнения структурных моделей изменения переходной характеристики каналом с единичным коэффициентом передачи. На рисунке 5 приведены модели формирования переходной характеристики и передаточной функции устройства.

в Г

Рисунок 4. Структурные модели изменения переходной характеристики: а) параллельная модель б) параллельно-последовательная модель, в) последовательно-параллельная модель, г) последовательная модель.

Рисунок 5. Структурные модели: а-переходной характеристики б - передаточной функции Преимуществом предложенных моделей является последовательное во времени изменение переходной характеристики в моменты времени и

переход от передаточной функции высокого порядка к сумме простых характеристик. Вклад каждого канала в результирующую переходную характеристику рассматривается независимо. Обратные прохождения, с выхода на вход, учитываются путем введения в модель обратных связей.

Рассмотрено изменение спектра периодического входного сигнала при прохождении через приведенную выше модель устройства с нормированной

передаточной функцией [5]: 0'«>)| ■= [1 + = 1 + £ а4е~м<*п ; где

передаточная функция линии задержки с номером количество членов ряда, аппроксимирующих передаточную функцию устройства, Та - период аппроксимации, ши - круговая частота, (0а —МТй,

После умножения входного сигнала с равномерным спектром на передаточную функцию и замены порядка суммирования, получен спектр выходного сигнала:

г,(1+1> г-)=-ш+1^ Грг-

« * А 1 Л-! я 4 А 1 л А

Наличие задержек с отрицательными коэффициентами (~Тр1п) является признаком неминимально - фазовых свойств устройства Изменения сигнала в описанном выше устройстве описывается структурной моделью, приведенной на рисунке 6

Рисунок 6 Структурная модель изменения сигнала в многоканальном устройстве

В пикосекундном диапазоне время распространения сигналов через элементы соизмеримы с длительностью усиливаемых сигналов, а величина паразитной связи может достигать значительной величины, что изменяет характеристики устройства [6] Учет влияния конструкции устройства производится с помощью введения в модель устройства дополнительных каналов, с коэффициентами передачи и задержками, соответствующими влиянию внешних паразитных обратных связей (ОС)

Действие ОС в п-каскадном устройстве описывает граф, приведенный на рисунке 7 [7] На этом графе Кь К2, К„ - коэффициенты передачи первого, второго, п-ого каскадов, /Зь (}2, Р„ - коэффициенты обратной передачи по цепям паразитной ОС, охватывающей один каскад, два каскада, п - каскадов устройства Путем преобразования графа к одной ветви получены изменения АЧХ при п одинаковых каскадах

/н=1 1 1

где модуль коэффициента передачи одного каскада, коэффициент

передачи петли паразитной связи в покаскадном устройстве

Рпч Pn-I Ь

h

4 Pn-2

f>„-l

Рисунок 7. Ориентированный граф многокаскадного устройства с каналами паразитной ОС

Величина коэффициента рт зависит от конструкции устройства и может быть определена по выражениям, приведенным в приложении 1.

В сверхширокополосных устройствах, при полосе пропускания ДГ »¡/2тос,

где - задержка сигнала цепью паразитной внешней ОС, происходит многократное изменение знака |ДЯХ<в)|, в результате амплитудно-частотная характеристика приобретает колебательный характер с числом экстремумов

верхняя граничная частота полосы

пропускания устройства. Напряжения паразитных ОС поступают на вход каждого каскада в различных фазах и суммируются геометрически. При расчете учитывается только предельное (максимально возможное) изменение АЧХ. При условии слабого влияния конструкции на характеристики устройства, используется принцип суперпозиции, поэтому изменение АЧХ, обусловленное влиянием различных видов связей, является суммой изменений отдельных видов связей.

Выводы по результатам исследований во второй главе сделаны следующие.

1. Предложенные модели позволяют описывать характеристики устройств с передаточными функциями высокого порядка. Точность модели определяется числом членов ряда Фурье (числом каналов модели).

2. На переходной характеристике влияние каждого канала модели проявляется независимо, в свой промежуток времени.

3. По математическим и структурным моделям можно выделить влияние любого элемента модели на переходную характеристику, определить изменения спектральных составляющих сложного сигнала или изменения формы сигнала.

В третьей главе исследуется коррекция переходных характеристик.

Для получения оптимальных характеристик устройства используется компенсация отклонений от оптимальных характеристик введением противоположного по знаку отклонения [8]:

Передаточные функции корректирующих цепей описываются математическими выражениями (11), (12), (14), (15), но отличаются по знаку весовых коэффициентов и могут быть реализованы в виде структурных

многоканальных моделей, приведенным на рисунках 4-6, с инверторами для изменения знаков весовых коэффициентов.

Возможность коррекции с получением оптимальных характеристик при использовании структурных многоканальных моделей подтверждает второй пункт положений, выносимых на защиту.

В предложенной модели необходимо либо исключить взаимодействие между каналами, например, с помощью однонаправленных разветвителей и сумматоров, либо учитывать взаимодействие введением в модель дополнительных каналов Это ограничивает число каналов, поэтому в диссертации рассмотрены одноканальной структуры, которые имеют передаточные функции, аналогичные многоканальной структуре [9]. Примером такой структуры являются линии передачи с неоднородностями [10], включенными между генератором и нагрузкой, показанные на рисунке 8.

Рисунок 8. Корректирующая цепь: а - параллельная, б - последовательная-

- 1т - расстояние от входа линии до соответствующей неоднородности

Коэффициент отражения от параллельной линии передачи, без учета

т

вторичных отражений: Г(уш)= Г0(ш)+ ]Г Гp(ja)evp(-]Plp) (16), где

р=1

^оОrm(jrn) - комплексные коэффициенты отражения от неоднородностей; Р = 2л!Х - фазовая постоянная; Л - длина волны в линии передачи.

Из сравнения (16) с (9) определяются необходимые коэффициенты отражения и время задержки в линии передачи 1п = -Гp(jw); 7^=2яТр. Это

подтверждает третий пункт положений, выносимых на защиту.

Коэффициент передачи последовательной корректирующей линии передачи с неоднородностями, включенной между генератором и нагрузкой, схема которой

приведена на рисунке 9б: ЦМ) = ' + + £ гp^J^^-jP^) ■

Частотные зависимости коэффициентов отражения Г p(jca) определяются по

известным выражениям: Г{]0))-

Z(ja)

Г{]т) = -

Y<jm)

и

Z(j<o) + 2p Y(ja>)+2I р

У(}ш)~ комплексные сопротивления и проводимости при последовательном и параллельном включении элементов.

Для коррекции используется также изменения волнового сопротивления по

Р, - Ро

длине линии передачи p(J), с коэффициентом отражения Г =——— [11], где

Р, + А>

О 0.2 и,4 0.6 0,8 а,ед а

Рисунок 9. Коррекция переходной характеристики изменением фазовой характеристики: а- изменения ФЧХ; б- изменения ПХ:1 - без коррекции, 3 - оптимальная коррекция, при значениях К0 — Л12,т = 1. С помощью фазовых корректоров можно ликвидировать неминимально-фазовые сдвиги сигнала. Для определения величины неминимально-фазовой части фазовой характеристики корректирующей цепи предложен следующий

алгоритм [5]:

1. Предполагается, что известен коэффициент отражения неминимально-фазовой цепи:

Д7®) = ' е"4"', где|Д/У)| - модуль коэффициента отражения от неоднородной линии передачи; фаза коэффициента

отражения от неоднородной линии передачи, являющаяся суммой фазовых характеристик минимально-фазовой и неминимально-фазовой частей коэффициента отражения.

2. По известному модулю коэффициента отражения |Д®)| определяется фазовая характеристика минимально - фазовой части коэффициента отражения через преобразование Гильберта:

3. Определяется минимально - фазовая часть коэффициента отражения

4. Находится неминимально фазовая часть коэффициента отражения:

Г (» \Г(а))[е

ГЛМ \ГЫ)\-

которая компенсируется введением фазового корректора.

В третьей главе получены следующие результаты:

1. Разработаны математические модели многоканальных корректирующих цепей и их кольцевых аналогов на отрезках линий передачи с включенными в них неоднородностями.

2. Предложены новые структуры корректирующих цепей, удобные для реализации в устройствах пикосекундного диапазона.

3. Исследовано влияние фазовой характеристики на форму переходной характеристики.

4. Предложен алгоритм определения неминимально-фазовой части передаточной функции устройств.

В четвертой главе приведены результаты разработки пикосекундных устройств с оптимальными характеристиками.

Для получения неминимально-фазовых передаточных функций предложено устройство на основе двухканальной структуры, приведенной на рисунке 10.

Рисунок 10 Схемы неминимально-фазового звена: а - структурная схема; б - электрическая схема. В устройстве имеется канал на полевом транзисторе УГ1 с обратной связью, с

коэффициентом передачи С1г, и пассивный канал с коэффициентом прямой передачи ^ _ Переходная характеристика устройства:

йо0) = Л(/) + М^(0 = - а^Ц + Т), где ДЛ^(г) - изменения в переходной

характеристике, вызванные прямым прохождением через резистор Я. Сигнал на выходе этого канала появится одновременно с входным сигналом. На выходе второго канала инвертированный сигнал появится с задержкой, определяемой временем Т прохождения через линии задержки /, и 12. На переходной характеристике появляется выброс перед передним фронтом, характерный для устройства с неминимально-фазовой передаточной функцией.

Разработан модуль пикосекундного усилителя с оптимальными

характеристиками [13], схема которого приведена на рисунке 11. В усилителе используется каскадное соединения минимально-фазовсго звена с требуемым значением верхней граничной частоты и корректора фазы на основе рассмотренного выше неминимально - фазового звена. В качестве минимально-фазового звена используется однокаскадный усилитель на транзисторе УГ2, выполненный по традиционной схеме с использованием согласующих цепей (Ь4,С2,Ь5,СЗ) и выравнивающей (13.И2) цепи.

К1

АП602А АГКЮ2А

Рисунок 11. Схема двухкаскадного усилительного модуля Звено фазового корректора, используемое в модуле, отличается схемой цепи задержки сигнала, выполненной на сосредоточенных элементах

Основные технические характеристики модуля: полоса рабочих частот 100 кГц - 7 ГГц; неравномерность АЧХ±1 дБ; коэффициент усиления 7 дБ; время нарастания переходной характеристики не величина выброса перед

фронтом и переднего фронта по 5%.

Для управления передним фронтом используются устройства, схемы которых приведены на рисунке 12. Их работа описывается выражением (11), при выполнении условия где 1фр- длительность переднего фронта.

Регулировка производится изменением знака и величины частотнозависимого масштабного коэффициента я„ [14].

Корректирующий канал собран на транзисторе УТ1, выполняющем на нижних частотах роль цепи отрицательной обратной связи через регулируемое сопротивление канала сток-исток транзистора. С ростом частоты глубина отрицательной обратной связи увеличивается или уменьшается, в зависимости от схемы включения транзистора УТ1, за счет изменения знака частотно - зависимой

обратной связи, снимаемой с делителя Ь1С.

Рисунок 12. Усилитель с управляемой амплитудно-частотной характеристикой и регулируемым фронтом: а - с увеличением; б - с уменьшением глубины ОС.

Для управления полярностью сигнала в пикосекундном диапазоне используется свойство симметрии структуры затвор - исток и затвор - сток полевого транзистора. Это позволяет изменять схему включения транзистора, не изменяя заземленного электрода, путем изменения полярности источника питания. В результате отсутствия коммутации в тракте передачи сигнала каскад сохраняет оптимальность характеристик.

Для сохранения оптимальной формы характеристик при регулировке усиления используется одновременное изменение напряжений смещения и питания регулируемого каскада [15]. Уменьшение сопротивления канала сток - исток транзистора при уменьшении смещения уменьшает прямое прохождение сигнала через проходную емкость и позволяет увеличить глубину регулировки.

Нужная траектория 3, (рисунок 13а), перемещения рабочей точкой транзистора при регулировке обеспечивается отрицательной обратной связью по цепи питания с помощью транзистора УГ2, рисунок 13б.

о 12 3 4 5 и_В УП

а б

Рисунок 13. Регулировка усиления в каскаде: а - траектория рабочей точки; б - схема каскада.

Использование последовательной многоканальной структуры позволяет получать высокие выходные напряжения. На рисунке 14а приведена схема выходного каскада с использованием структуры многоканального параллельно-последовательного сумматора. Выравнивание времени задержек по каналам позволило в несколько раз повысить быстродействие и получить выходное напряжение, превышающее предельное для транзистора [16,17].

а б в

Рисунок 14. Структуры устройств: а - сложения выходных напряжений; б -расширения динамического диапазона, в - его временная диаграмма работы Многоканальная модель, приведенная на рисунке 14б, используется для расширения динамического диапазона входных сигналов [18]. При выполнении условия - задержка сигнала в канале, - длительность

входного сигнала, на выходе сумматора появляется последовательность 1 ...к сигналов с амплитудой апивх. На рисунке 14в приведена временная диаграмма работы устройства расширения динамического диапазона. При разнице между амплитудами сигналов в каждом канале, равной динамическому диапазону регистрирующей аппаратуры, после выбора нужного сигнала получим расширение динамического диапазона в число каналов раз.

Использование предложенных в диссертации моделей позволяет относительно просто решить задачу формирования импульсов с максимально возможной, по Котельникову, частотой следования [19]. Разработанный формирователь гигабитной последовательности импульсов [20] используется в серийном генераторе Г5-96 и имеет частоту повторения выходных импульсов от 1 до 3 ГГц, длительность переднего и заднего фронта соответственно не более70 и 90 пс, амплитуду выходного сигнала на нагрузке 50 Ом не менее 2,5 В.

Рассмотренные модели использовались при разработке различных устройств пикосекундного и субнаносекундного диапазона [21-65].

Предложенные модели используются для решения не только радиотехнических задач. При подповерхностном зондировании возникает задача идентификации неоднородностей по форме отраженных сигналов. Среда, в которой распространяется сигнал, является линейной, и для нее остаются справедливыми основные принципы моделирования, рассмотренные выше. Для моделирования неоднородностей, отражающих сигналы, используется аппроксимация временной зависимости уровня отраженного сигнала ортогональными функциями (раздел 2.3), и затем определяются

спектральные свойства и конфигурация отражающих объектов. При

использовании для зондирования сверхширокополосного гармонического сигнала составление модели неоднородностей производится путем аппроксимации рядом Фурье модуля и фазы коэффициента отражения по выражениям (10),(12). Затем определяются временные зависимости коэффициента отражения по выражениям (11),(13) и (4). Действие каждой составляющей ряда Фурье проявляется независимо. Это существенно упрощает модель неоднородной среды и идентификацию элементов модели [66-76].

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы.

В приложении 1 выведены аналитические выражения, описывающие связь между конструкцией устройства и величиной паразитной ОС.

В приложении 2 приведены документы, подтверждающие использование результатов диссертационной работы и высокое качество разработок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлена связь отклонений от исходных амплитудно-частотных, фазочастотных и переходных (импульсных) характеристик аналоговых устройств.

2. Разработан метод анализа и структурного построения аналоговых устройств пикосекундного диапазона, основанный на связи отклонений частотных и временных характеристик.

3. Предложены математические и структурно-функциональные модели, отражающие процессы формирования и искажения пикосекундных сигналов в аналоговых устройствах пикосекундного диапазона.

4. Определены оптимальные по критерию минимального времени нарастания формы частотной, фазовой и переходной характеристик устройства.

5. Показано, что получение оптимальных форм частотной, фазовой и переходной характеристик возможно только в цепях с неминимально-фазовыми передаточными функциями.

6. Разработаны новые структуры корректирующих цепей на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями, получены математические выражения, связывающие параметры этих цепей с переходными характеристиками.

7. Предложен алгоритм определения неминимально-фазовой части фазового сдвига спектральных составляющих сигнала с целью ее компенсации.

8. Получены соотношения, позволяющие учесть влияние паразитных связей в конструкциях на характеристики аналоговых устройства пикосекундного диапазона.

9. Разработаны и внедрены гибридно-интегральные устройства пикосекундного диапазона различного назначения с рекордными характеристиками.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Баранов В.Ю. и др.; Пикосекундная импульсная техника/Под ред. В.П. Ильюшенко.-М.:Энергоатомиздат, 1993.-368 с.

2. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Связь отклонений частотных и переходных характеристик линейных систем // Радиотехника. 1990,- № 8.-С.41-46.

3. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Влияние частотных искажений на переходную характеристику: Материалы 4 ™ Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс: ВНИИРИП,1987, -с. 41-43.

4. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Моделирование сложных систем: Тезисы докладов областной научно-технической конференции "Проблемы радиотехники, электроники и связи". Томск: ЦНТИ, 1989, ч.1, - с.51.

5. Авдоченко Б.И Повышение разрешающей способности измерителей неоднородностей линий передачи: Материалы пятой Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы информационной безопасности государства, общества, личности".-Томск: ТУСУР, 2003, - с. 65-70.

6. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Конструирование сверхширокополосных и пикосекундных усилительных устройств: Материалы 4 ™ Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".-Вильнюс: ВНИИРИП, 1987,-с.44-45.

7. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Анализ влияния паразитных связей в конструкциях на характеристики широкополосных радиотехнических устройств //Техника средств связи, сер.Радиоизмерительная техника.-1988, выпуск 8-С.68-77

8. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Уменьшение искажений формы пикосекундных сигналов при усилении и формировании: Материалы 4 Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов". - Вильнюс: ВНИИРИП, 1987, - с. 37-39.

9. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Кольцевые корректирующие цепи для устройств пикосекундной импульсной техники: Тезисы докладов областной научно-технической конференции "Проблемы радиотехники, электроники и связи".-Томск, ЦНТИ, 1989,4.1, - с.51.

10. АС № 1566462 СССР, МКИ Ы03Р 1/42 Импульсный усилитель / Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И.// Открытия, изобретения 1990, № 19.

П. АС № 1566429 СССР, МКИ Н 01Р 5/02 Корректирующее устройство / Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И.// Открытия, изобретения. 1990, № 19.

12. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Коррекция искажений переходных характеристик функциональных узлов трактов передачи и обработки пикосекундных сигналов // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника. 1988, выпуск 8.-с.52-57.

13. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Пикосекундный усилитель//ПТЭ, 1985.-№ 1.- с.249.

14. АС № 1450077, СССР, МКИ ЫО№3Р 1/42 Усилитель / В.Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко // Открытия, изобретения. 1989.- № 1

15. АС № 1246333 СССР, МКИ НОЗ Д 3/30 Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления / Б.И. Авдоченко, В.Н. Ильюшенко // Открытия, изобретения. 1986.- № 27.

16. АС № 936377. СССР, МКИ НОЗ Р 3/42. Каскодный усилитель / Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Покровский М.Ю. // Открытия, изобретения. 1982.- № 22.

17. АС № 1075370, СССР, МКИ НОЗ Р 3/42. Каскодный усилитель / Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Ильюшенко В.Н.//Открытия,изобретения.1984.-№ 7

18. АС № 13944903, СССР, МКИ НОЗ Р 3/42. Усилитель / Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Ильюшенко В.Н., В.И. Туев // Открытия, изобретения. 1988.- № 17.

19. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н Многофункциональный усилитель-формирователь: Материалы 4 ™ Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс: ВНИИРИП, 1987, -с. 39-41.

20. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Усилитель-формирователь импульсов с частотой следования до 3 ГГц. // ПТЭ. 1988.- № 2.- с. 83-85.

21. Авдоченко Б.И. Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Разработка гибридно-пленочных пикосекундных усилителей на транзисторах с барьером Шоттки: Материалы 3 ™ отраслевой НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс: ЦООНТИ "Эпос", 1984, - с. 41-43.

22. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Донских Л.П. Принципы построения и пути повышения быстродействия пикосекундных усилителей: Материалы 4 ой Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов". - Вильнюс: ВНИИРИП,1987, - с.46.

23. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Пикосекундные усилительные модули с повышенным выходным напряжением // ПТЭ. 1987, №2, - с. 126-129.

24. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Усилитель с временем нарастания переходной характеристики 40 пс. // ПТЭ. 1988, № 4, - с. 112-114.

25. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Пикосекундные усилительные модули на транзисторах с затвором Шоттки // ПТЭ. 1986, № 5, -с.119-122.

26. АС № 1062849, СССР, МКИ НОЗ F 3/42. Каскодный усилитель / АвдоченкоБ.И., Дьячко АН., Ильюшенко В.Н.//Открытия,изобретения,1982,№ 47

27. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Якушевич Г.Н. Многооктавный СВЧ усилитель на транзисторах с барьером Шоттки // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника. 1985, выпуск 3, - с.73-76.

28. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Гибридно-интегральные импульсные усилители // ПТЭ. 1990.- № 6. - с. 102-104.

29. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Усиление, формирование и управление параметрами пикосекундных электрических сигналов: Тезисы докладов 3™ всесоюзной школы по пикссекундной технике.- Ереван, 1988, - с.7,8.

30. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Донских Л.П. Пикосекундный многофункциональный модуль// Информационный листок о научно-техническом достижении. - Томск: ЦНТИ, 1986. № 1-86.

31. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Тулеев А.В., Цепелев Г.М. Многофункциональный генератор для пикосекундных время- импульсных радиотехнических систем: Труды IV международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения".- Новосибирск, 1998,- т.10. - с. 99-102.

32. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д., Титов АА Импульсные усилители: Материалы международной конференции "Сибконверс-95".- Томск, 1995.- с.ЗЗ.

33. Авдоченко Б.И., Болтовская Л.Г., Дьячко А.Н. и др. Способы повышения выходной мощности наносекундных видеоусилителей// Наносекундные и субнаносекундные усилители. Томск: ТГУ-1976. - с. 134-139.

34. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н. и др. Разработка пикосекундных усилителей с повышенным уровнем выходного сигнала. Отчет по НИР, № Гос. Регистрации 01824047613, г. Томск, 1984.

35. Авдоченко Б.И., Бабак Л.И., Обихвостов В.Д. Транзисторный видеоусилитель импульсов наносекундной длительности с повышенным выходным напряжением// ПТЭ. - 1980, №5, - с.107-109.

36. Обихвостов В.Д., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Сверхширокополосный усилитель с регулируемым усилением // ПТЭ. -1975. № 1.- с.112

37 Титов А А Ильюшенко В Н , Авдоченко Б И и др Усилитель мощности телевизионного передатчика Труды IV международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения"- Новосибирск, 1998, т.10 -с 93-94

38 Авдоченко Б И Ильюшенко В Н Унифицированный генератор пикосекундных импульсов для многоканальных радиотехнических систем Труды международного симпозиума "Конверсия науки - международному сотрудничеству" Томск, 1997,-с 59-61

39 Титов А А , Ильюшенко В Н Авдоченко Б И Широкополосный усилитель мощности для работы на несогласованную нагрузку // ПТЭ -1996 № 2 - с 68-69

40 Авдоченко Б И, Дьячко А Н, Туев В И и др Наносекундный высоковольтный усилитель с коррекцией затухания в линии связи/ЛГехника средств связи, сер Радиоизмерительная техника -1985, выпуск 3 - с 52-57

41 Авдоченко БИ, Цепелев ГМ, Ильюшенко ВН и др Генератор пикосекундных импульсов со сменными формирующими модулями Труды международного симпозиума "Конверсия науки международному сотрудничеству" - Томск, 1997 - с 65-68

42 Авдоченко Б И , Якушевич Г Н , Обихростов В Д и др Радиоимпульсный приемопередатчик с фазовой манипуляцией Труды международного симпозиума "Конверсия науки-международному сотрудничеству" Томск, 1997 -с 140-143

43 Titov A A , Iljushenko VN Avdochtnko В f, and Obikhvostov Broandband Power Amplifier Operating into an Unmatched Loand //Instruments and Experimental Techniques 1996 Vol 39,No2-pp 215-216

44 Обихвостов В Д , Ильюшенко В Н А вдоченко Б И и др Пикосекундный усилитель постоянного тока с регулируемым усилением// ПТЭ - 1990 №2 - с-242

45 Авдоченко Б И , Бабак ЛИ и др Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах// Техника средств связи, сер Радиоизмерительная техника - 1985, выпуск 3-е 57-63

46 Суслов И А Авдоченко Б И Бабак Л И и др Разработка импульсных и широкополосных усилителей Отчет по госбюджетной НИР МЬ Гос Регистрации 72057509 -Томск, 1974

47 Авдоченко Б И Бабак Л И , Обихвостов В Д Транзисторные усилители импульсов субнаносекундного диапазона с повышенным выходным напряжением// ПТЭ -1989, № 3 - с 126-128

Покровский М Ю , Авдоченко Б И , Ильюшенко В Н Наносекундный усилитель с повышенным выходным напряжением // ПТЭ -1980, № 6 - с 209

48 Обихвостов В Д, Смульский А Д, Авдоченко Б И Широкополосный усилитель тока с АРУ// Широкополосные усилители -Томск ТГУ, 1972 - вып 2 -с 167-171

49 Авдоченко Б И, Загоскин В В, Ильюшенко В Н и др Сверхширокополосный радиолокатор обнаружееия движущихся объектов за стенами Материалы пятой Всероссийской научно практической конференции "Проблемы информационной безопасности государства, гбщества, личности" -Томск, ТУСУР, 2003, - с 58-64

50 Суслов И А, Ильюшенко В Н, Авдоченко Б И и др Разработка полупроводникового усилителя наносекундных импульсов для цифровых систем

связи с многоуровневым сигналом Отчет по НИР, № Гос Регистрации72058442 -Томск, 1973

51 Суслов И А , Авдоченко Б И , Бабак Л И и др Разработка транзисторных усилителей с повышенным уровнем выходного сигнала Отчет по НИР, № Гос Регистрации 73071804 - Томск, 1974

52 Мелихов С В , Ильюшенко В Н, Авдоченко Б И , Дьячко А Н и др Разработка пикосекундных усилигеаей с повышенным уровнем выходного сигнала Отчет по НИР, № Гос Регистрации 01824047613 - Томск, 1984

53 Рекламно-справочный листок ВДНХ СССР "Пикосекундный многофункциональный модуль", Ильюшенко В Н , Авдоченко Б И , Донских Л П, -М ВДНХ СССР, 1986

54 Авдоченко Б И , Дьячко А Н , Донских Л П, Ильюшенко В Н Сверхширокополосные усилители нэ биполярных транзисторах//Техника средств связи, сер Радиоизмерительная техника - 1985, выпуск 3-е 57-60

55 Авдоченко Б И, Ильюшенко В Н, Донских Л П Модули пикосекундных усилителей на транзисторах с затвором Шоттки Программа Всесоюзного научно технического семинара "СВЧ элементы и узлы радиоприемных устройств " - М ВДНХ СССР, 1986

56 Авдоченко Б И, Ьабак Л И Транзисторный наносекундный усилитель с повышенным выходным напряжением Программа Всесоюзного научно-технического семинара "Широкополосные усилители" -М 1975-е 8

57 Обихвостов В Д , Титов А А , Ильюшенко В Н , Авдоченко Б И Пикосекундный усилитель постоянного тока с регулируемым усилением//ПТЭ -2003, №1 - с 47-49

58 Ильюшенко В Н , Авдоченко Б И , Обихвостов В Д , Титов А А Импульсные усилители Материалы международной конференции "Сибконверс-95"-Томск, 1995-с 33

59 Обихвостов В Д, Ильюшенко В Н , Дьячко А Н , Авдоченко Б И и др Наносекундный высоковольтный усилитель с управляемым усилением // Полупроводниковая электроника в технике связи , Под ред И Ф Николаевского М Радио и связь, 1990 Вып 28, с 41-50

60 Авдоченко Б И , Дьячко А Н , Донских Л П и др Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах//Техника средств связи Сер Радиоизмерительная техника 1985, выпуск 3, с 57-60

62 Ильюшенко В Н , Титов А А , Авдоченко Б И , Обихвостов В Д Усилители мощности ОВЧ-СВЧ диапазонов Труды межрегиональной научно-практической конференции "Региональный рынок труда в условиях структурных изменений экономики" Кемерово, 1995-с 123-124

63 Титов А А , Ильюшенко В Н Авдоченко Б И , Обихвостов В Д Усилители мощности ОВЧ и СВЧ диапазонов Труды межрегиональной научно-технической конференции по использованию результатов конверсии науки в вузах Сибири для международного сотрудничества В 2т Т1 Томск ТАСУР,1996 с 74-75

64 Ильюшенко В Н Лвдоченко Б И , Обихвостов В Д , Титов А А Усилители пикосекундных импульсных сигналов Труды межрегиональной научно-технической конференции по использованию результатов конверсии науки в вузах Сибири для международно! о сотрудничества В 2т Т1 Томск ТАСУР,1996 с70-71

65 Hjushenko VN, Avdochenko BI, Obikhvostov ВД, Titov A A, Impulse pikosecond amplifiers // The scientifinc conference on the useresearch conversionresultsin the Siberian institutions of hmgher educations for international cooperation Tomsk Tomsk state academy of conlrol systems and radioelectronics 1995 p 33

66 Загоскин В В , Шостак А С , Бацула А П , Ильюшенко В Н , Литхард, Л П Авдоченко Б И , Антонюк Н А , Круглое И С Моделирование частотного поведения приведенного импеданса ципольных антенных датчиков, расположенных над почвогрунтом с усредненным и аппроксимированным вертикальным профильным распределением диэлектрической проницаемости Тезисы докладов четвертой международной научно-практической конференции ТЕОРАДАР -2004", Москва МГУ, 2004 - с 27-28

67 Загоскин В В , Шостак А С , Авдоченко Ь И ,Бацула А П , Ильюшенко В Н, Антонюк Н А, Круглое И С Метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунтов в полевых условиях с помощью дипольных антенных датчиков в СВЧ диапазоне Материалы 5-й Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» -Барнаул АГТУ, 2004-с 33-36

68 V V Zagoskin, A S Shostak, В 1 Avdochenko, V N Iljushenko, L P Ligthart, А Р Batsula, N A Antonyuk, I S Kruglov, "Dipole antenna sensors for measurement of complex dielectric permittivity of soils and their application under field conditions", inProc oftheGPR2004,vol 2, Delft, The Netherlands, Jine 21-24, 2004, pp 731-734

69 V V Zagoskin, A S Shostak, В I Avdochenko, V N fljushenko, L P Ligthart, A P Batsula, N A Antonyuk, 1 S Kruglov, A G Yarovoy, "Experimental investigation of profile distribution of complex dielectric permittivity of soils", m Proc of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar 2004 (GPR-2004), vol 2, Delft, The Netherlands, June 21-24,2004, pp 739-742

70 N A Antonyk, I S Kruglov, V V Zagoskin, L P Ligthart, A S Shostak, V N Iljushenko, В I Avdochenko, "Measurement of the complex dielectric permittivity of homogeneous media with dipole antenna sensors", in Proc of the EuRAD 2004, Amsterdam, The Netherlands, October 14-15, 2004, pp 169-172

71 VN Iljushenko, L P Ligthart, V V Zagoskin, A S Shostak, V I Karnychev, AP Batsula, В I Avdochenko, N A Antonyk, I S Kruglov, Proof of Principle on the use of Dipole Antenna Measurements Techniques for Experimental Determination of Soil Characteristics and the Development of a Statistical Electrophysical Model of Soils", Report IRCTR-S-030-03, International research center for telecommunications-transmission and radar, Delft University of Technology, Department of Electrical Engineering, Delft, The Netherlands, December 2003,35 p

72 A S Shostak, V V Zagoskin, L P Ligthart, A P Batsula, V N Iljushenko, В I Avdochenko, "Analysis of the mutual impedance of two linear dipoles as function of their height above the ground surface", in Proc of the MICON 2004 (MICROWAVE & RADAR WEEK in Poland), Warszawa, May 17-21,2004 ISBN 83 906662-3-5 IEEE Catalog Number 04EX824C

73 VV Zagoskin, AP Batsula, VN Iljushenko, I P Ligthart, AS Shostak, В I Avdochenko, "Influence of the dielectric properties of inhoniogeneous soil on the dipole antennas' normalized impedance", in Proc of the MIC0N-2004 (MICROWAVE &

RADAR WEEK in Poland), Waiszawa, May 17-21, 2004. ISBN: 83-906662-3-5. IEEE Catalog Number: 04EX824C

74. V. N Iljushenko, V V. Zagoskin, L. P. Ligthart, B.I Avdochenko and others, "Project IS 030126. Proof of Principle on the use of Dipole Antenna Measurements Techniques for Experimental Determination of Soil Characteristics and the Development of a Statistical Electrophysical Model of Soils", Report IS 030126-3, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Delft University of Technology, Tomsk-Delft, 2003.

75. V. N. Iljushenko, V. V. Zagoskin, L. P. Ligthart, AS. Shostak, BI Avdochenko and others, "The Experimental Investigations of Electodinavic Characteristics of Soils in an Ultrawide Band Frequency Range (50 MHz - 6 GHz) and the development of a statistical elektrophysical model of Siols", Report-TD-006-02, International Research Centre for Telecommunication-Transmission and Radar, Delft University of Technology, Department of Electrical Engineering, The Netherlands, 2002.

76. V. N. Iljushenko, V. V. Zagoskin, L. P Ligthart, В I Avdochenko and others, "Project IS 030126. Proof of Principle on the use of Dipole Antenna Measurements Techniques for Experimental Determination of Soil Characteristics and the Development of a Statistical Electrophysical Model of Soils", Report IS 030126-1, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Delft University of Technology, Tomsk-Delft, 2003.

Личное участие автора в получении научных результатов

В опубликованных работах лично и в соавторстве Авдоченко Б И. принадлежат следующие результаты.

1. Совместно с Ильюшенко В Н предложен подход к анализу поведения сложных устройств с высоким порядком передаточных функций, исследована связь между отклонениями частотных и переходных характеристик, предложены многоканальные корректирующие цепи, разработаны способы формирования последовательности импульсов сложной формы.

2. Совместно с Титовым А А, и Дьячко А.Н исследованы способы увеличения выходной мощности субнаносекундных и широкополосных усилителей, получены схемотехнические реализации выходных каскадов быстродействующих устройств.

3. Автором предложены схемотехнические реализация неминимально-фазовых цепей в пикосекундном диапазоне, схемотехнические реализации пикосекундных усилителей.

4 Автором проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния конструкции на характеристики пикосекундных устройств

5. Автором исследовано изменение спектра сигнала при прохождении через многоканальные пикосекундные устройства, предложен алгоритм выделения неминимально-фазовой составляющей фазового сдвига

Тираж 75. Заказ 315. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр Ленина, 40.

922

7 ч ■ ; *

ВВЕДЕНИЕ

1 ЧАСТОТНЫЕ, ФАЗОВЫЕ H ПЕРЕХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЕЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПИКОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА.

1.1 Оптимальные частотные, фазовые и переходные характеристики быстродействующих устройств.

1.2 Влияние отклонения частотных от оптимальных на переходные характеристики.

1.3 Аппроксимация изменений частотных характеристик.

1.4 Влияние отклонений амплитудно-частотных характеристик на переходные характеристики.

1.5 Влияние отклонений фазочастотных характеристик на переходные характеристики.

1.6 Влияние отклонений частотной и фазовой характеристик на переходную характеристику в минимально-фазовых устройствах.

1.7 Основные результаты исследований

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ УСТРОЙСТВАХ ПИКОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА.

2.1 Проблемы моделирования переходных процессов в устройствах пикосекундного диапазона.

2.2 Условия физической реализуемости минимально - фазовых и неминимально - фазовых устройств.

2.3 Математические и структурные модели линейных пикосекундных устройств.

2.4 Моделирование искажения спектра сигнала в линейных устройствах пикосекундного диапазона

2.5 Моделирование влияния паразитных связей на характеристики быстродействующих устройств.

2.6 Основные результаты исследований.

3 КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИКОСЕКУНДНЫХ УСТРОЙСТВ.

3.1 Модели корректирующих цепей.

3.2 Кольцевая корректирующая цепь параллельного типа.

3.3 Кольцевая корректирующая цепь последовательного типа.

3.4 Корректирующие цепи на основе отрезков линии передачи.

3.5 Фазовая коррекция переходной характеристики.

3.6 Компенсация неминимально-фазового сдвига.

3.7 Основные результаты исследований.

4 СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ОПТИМАЛЬНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК В ПИКОСЕКУНДНЫХ УСТРОЙСТВАХ

4.1 Особенности реализации оптимальных характеристик.

4.2 Реализация неминимально-фазовых передаточных функций в устройствах пикосекундного диапазона.

4.3 Пикосекундные импульсные усилители.

4.4 Коррекции переднего фронта устройства.

4.5 Управление полярностью сигнала в устройствах пикосекундного диапазона.

4.6 Усилитель с регулируемым коэффициентом передачи.

4.7 Повышение выходного напряжения в быстродействующих усилителях.

4.8 Использование многоканальной модели для расширения динамического диапазона входных сигналов.

4.9 Усилители-формирователи гигабитовых последовательностей импульсов.

4.10 Применение моделей для решения радиофизических задач.

Повышение объема и скорости передачи информации в современных радиотехнических системах приводит к необходимости использования сигналов субнаносекундного и пикосекундного диапазона длительностей (1()-12-10-10 с), с шириной спектра от десятков — сотен килогерц до единиц — десятков гигагерц. Эти сигналы необходимо передать, принять, обработать и использовать с минимальными потерями информации, поэтому основным требованием, предъявляемым к базовым узлам быстродействующим систем, является передача предельно коротких (сверхширокополосных) сигналов с минимальными или допустимыми искажениями.

При разработке устройств, способных с малыми искажениями передавать и обрабатывать сигналы пикосекундного диапазона длительностей, возникают проблемы при анализе причин искажения сигналов и их устранении для получения оптимальных характеристик устройств. Причины появления проблем следующие.

1. Сложность описания характеристик устройств:

- элементная база используется на предельных по частотным свойствам возможностях, поэтому для проведения анализа работы устройств требуются достаточно точные эквивалентные схемы всех используемых на предельных возможностях элементов с учетом их геометрических размеров и паразитных связей.

- математической моделью, описывающей характеристики устройств пикосекундного диапазона, являются дробно-рациональные передаточные функции. Порядок этих функций из-за сложности эквивалентных схем достигает значения нескольких десятков - сотен единиц даже при описании характеристик сравнительно несложных устройств [1].

- при исследовании временных характеристик устройства используются интегральные связи между дробно-рациональной передаточной функцией и переходной (импульсной) характеристикой.

Из-за сложности моделей и интегральных связей между частотными и переходными характеристиками, оптимизация и исследование характеристик устройств пикосекундного диапазона возможны только численными методами. При этом теряется наглядность связей между структурой и характеристиками устройства, выполняется большой объем вычислений, часто не дающих приемлемых совпадений с результатами экспериментальных исследований из-за неточностей эквивалентных схем используемых на предельных возможностях элементов. Для разработки и исследования устройств пикосекундного диапазона необходим иной подход, не связанный с эквивалентными схемами, дробно-рациональными передаточными функциями и интегральными связями между характеристиками.

2. Отсутствие нормативных требований на формы частотных и переходных характеристик, которые должны иметь быстродействующие устройства и системы.

Проведенный анализ литературы показывает, что многими авторами предлагаются различные формы частотных и переходных характеристик. В работах А.А. Ланнэ, О.Б. Лурье, И.Т. Турбовича, A.M. Заездного, И.А. Суслова [2-6] и других авторов получены по различным критериям разные формы характеристик. В литературе не рассмотрено, какие формы характеристик обеспечивают минимальные искажения при предельной скорости передачи сигнала, отсутствует сравнительный анализ предлагаемых характеристик. Реализация частотных и переходных характеристик, которые рекомендуются в литературе, при частотных ограничениях на характеристики большинства используемых активных и пассивных элементов, становится невозможной. Необходимо определить, какие формы характеристик должны иметь пикосекундные устройства и системы с предельным при использовании существующей элементной базы быстродействием.

Необходимо также определить допустимое отклонение от оптимальной формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), фазочастотной характеристики (ФЧХ) и переходной характеристики (ПХ). По степени отклонения этих характеристик от оптимальных можно сравнивать устройства с разными формами характеристик, выбирать структуры устройств и цепей коррекции, позволяющие приблизиться к оптимальным характеристикам с необходимой точностью. Исследованиями влияния формы АЧХ и ФЧХ на переходную характеристику посвящены работы И.И. Теумина, Г.Б. Давыдова, Н.С. Кочанова, JT.A Мееровича, Г.П. Тартаковского [7-10] и других авторов. В этих работах рассмотрены частные случаи изменения формы АЧХ и ФЧХ, описываемых простыми аналитическими выражениями и их влияния на форму ПХ. Исследований влияния отклонения АЧХ и ФЧХ сложной или произвольной формы на ПХ не проводилось. Для определения допустимых отклонений от оптимальных характеристик необходима разработка математических моделей, описывающих связи между отклонениями частотных и переходных характеристик устройств.

Точность реализации предельных характеристик устройств зависит от дополнительных внешних (паразитных) электромагнитных связей, возникающих между элементами устройства. Величины этих связей определяются расстояниями, размерами элементов, топологией и конструкцией устройства. В пикосекундном диапазоне, в связи с микроминиатюризацией радиотехнических устройств и полосой пропускания от десятков-сотен килогерц до нескольких гигагерц, паразитные связи между элементами становятся существенными и значительно влияют на характеристики устройства. В работах А.П. Сиверса, M.JI. Волина, М.В. Верзунова, Ю.Я. Иосселя., П.Л. Калантарова [11-15] и других авторов приводится описание влияния конструкции на характеристики устройств. Однако эти описания носят в основном качественный характер и не учитывают специфику сверхширокополосных сигналов пикосекундного диапазона. Для сравнения различных конструкций устройств и их оптимизации необходима количественная оценка влияния конструкции на характеристики.

На основании проведенного обзора сделаны следующие выводы.

1. Необходима разработка новых математических и структурных моделей, позволяющих достаточно точно и наглядно описывать сложные процессы изменения сигналов пикосекундных длительностей в системах и устройствах. Моделирование позволит перейти от анализа изменения сигнала внутри сложного устройства высокого порядка к изучению изменения сигнала аналогом, состоящим из простых, хорошо изученных, соединенных по определенному правилу функциональных узлов. Модели должны быть адекватными устройству.

2. Необходимо выбрать оптимальные формы частотных и переходных характеристик, которые позволят получить предельное для существующей элементной базы быстродействие устройств и сохранить быстродействие в системе, построенной из устройств с оптимальными характеристиками. Необходимая точность реализации оптимальных характеристик должна быть обоснована.

3. На основе разработанных моделей нужно провести исследования переходных процессов и выбрать структуры устройств, обеспечивающих предельное быстродействие при частотных ограничениях на характеристики используемых активных и пассивных элементов.

Целью диссертационной работы является разработка математических и структурно-функциональных моделей аналоговых устройств пикосекундного диапазона для проектирования, исследования и внедрения быстродействующих устройств с оптимальными характеристиками.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.

1. Разработка математических и структурных моделей устройств, отражающих процессы искажения и формирования пикосекундных сигналов.

2. Исследование связи между отклонениями частотных и переходных характеристик для определения допустимых отклонений характеристик от оптимальных

3. Выбор формы частотных и переходных характеристик быстродействующего устройства при ограничении частотного диапазона используемых активных и пассивных элементов.

4. Исследование переходных процессов и выбор структур устройств, обеспечивающих оптимальные по быстродействию характеристики.

5. Разработка, исследование и внедрение пикосекундных устройств различного назначения с оптимальными по быстродействию характеристиками.

Методы исследования. В работе используются: спектральный метод; временной метод, метод прямого и обратного преобразования Лапласа; методы анализа, численного интегрирования и моделирования на ЭВМ; метод графов; интегральное и дифференциальное исчисления, элементы теории передачи информации и теории потенциальных характеристик линейных фильтрующих цепей, методы экспериментальных исследований.

Научной новизной отличаются следующие результаты работы.

1. Метод исследования пикосекундных устройств, основанный на связи отклонений от исходных частотных и переходных характеристик линейных устройств.

2. Математические и многоканальные структурно-функциональные моделид описывающие переходные процессы в устройствах пикосекундного диапазона с высоким порядком передаточных функций.

3. Оптимальные по критерию минимального времени нарастания формы частотной, фазовой и переходной характеристик устройства.

4. Использование неминимально-фазовых цепей для реализации оптимальных форм амплитудно-частотной, фазочастотной и переходной характеристик.

5. Новые структуры корректирующих цепей на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями и неоднородных линий передачи и соотношения, связывающие параметры этих цепей с переходными характеристиками.

6. Математические выражения, описывающие влияние конструкции на характеристики устройства.

Практическое значение работы.

Практическое значение работы заключается в решении ряда схемотехнических и конструкторско-технологических задач, позволивших впервые в стране создать гибридно-интегральные усилители с временем нарастания переходных характеристик 40 - 100 пикосекунд, генераторы гигабитовых последовательностей импульсов с тактовой частотой до 4 ГГц и другие устройства. Эти характеристики достигнуты при комплексе других противоречивых и важных параметров: высокие коэффициенты усиления (более 46 дБ) и перекрытия по частоте (более 100000), высокая амплитуда выходного сигнала (до 7 В). Внедрение разработанных устройств позволило многократно улучшить характеристики приборов и комплексов.

Реализация результатов исследований в народном хозяйстве.

Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и защиты информации Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Результаты исследований и разработок диссертации использованы в учебном процессе и в научно-исследовательских работах при создании различных устройств и систем в соответствии с техническими заданиями хоздоворных и госбюджетных научно-исследовательских работ по заказам государственных предприятий. При непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Пикосекундные усилители с временем нарастания 70 пс используются для повышения чувствительности сверхскоростных осциллографов реального времени "Лотос" и внедрены в ВНИИОФИ, г. Москва в 1981г. Применение усилителей позволило на два порядка поднять чувствительность осциллографов.

2. Пикосекундные усилители с повышенным уровнем выходного сигнала используются в стенде для исследования физики плазмы "ТИР-1", разработанного по международной научно - технической программе термоядерного синтеза в ФИАЭ им. И.В. Курчатова, г. Троицк, Московской области. Внедрение усилителей позволило на порядок повысить временное разрешение установки и на два порядка

- чувствительность регистрирующей аппаратуры.

3. Субнаносекундные усилители для волоконно-оптических систем связи использованы в ИОФАН, г. Москва и институте электроники "Элита", г. Вильнюс; усилители являются базовым блоком в различных приборах.

4. Быстродействующие усилители с широким динамическим диапазоном используются в многоканальной системе, регистрирующей излучения Вавилова -Черенкова в НИИЯФ МГУ, г. Москва и ИКФИА СОАН, г. Якутск. Усилители позволяют регистрировать однократные быстропротекающие процессы, получить высокую чувствительность и разрешающую способность по времени и амплитуде.

5. Генератор гигабитовых последовательностей импульсов использован в институте электроники "Элита", г. Вильнюс. Является основным функциональным узлом генератора Г5-96. Применение генератора позволило в 3 раза увеличить тактовую частоту генерируемых импульсов.

Кроме того, разработанные быстродействующие устройства используются в установках зондирования атмосферы (ИОА РАН, г. Томск); в устройствах подповерхностной локации (СФТИ, г. Томск); в новых разработках приборов по нелинейной радиолокации (НИИ "Проект", г. Томск); в стендах для исследования датчиков ионизирующих излучений (СФТИ, г. Томск); в сканирующих акустических микроскопах (НПП "Циклон", г. Фрязино); в составах измерительных комплексов и приборов в МГПУ, г. Москва, МФТИ, г. Москва, ПО "Веста", г. Вильнюс; НПО "Дальняя связь", г. Санкт-Петербург. Высоковольтные генераторы импульсов с фронтом 150 пикосекунд используются для исследования фазированных антенных решеток в ИСЭ РАН, г. Томск.

Авторское свидетельство № 1246333 "Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления" внедрено в ФИАЭ им. И.В. Курчатова, г. Троицк, авторское свидетельство № 1062849 "Каскодный усилитель" - в ОКБ при МЗВП, г. Свердловск.

Результаты разработки и внедрения пикосекундных усилителей отмечены бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Апробация работы проводилась на следующих конференциях, школах, семинарах, симпозиумах:

- на 3й и 4й Всесоюзных школах по пикосекундной технике, г. Ереван, 1988 и 1991 г.; на 4й и 5й научно-технических республиканских конференциях "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов", г. Вильнюс, 1987 и 1991 г.;

- на Iм и 2м международных симпозиумах "Сибконверс - 95" и "Сибконверс -97", г. Томск, 1995 и 1997 г.;

- на 4й международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" г. Новосибирск, 1998 г.;

- на пятой Всероссийской научно - практической конференции «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», г. Томск, 2003г.;

- на научно-технических семинарах УПНТО РЭС им. А.С. Попова, г. Москва;

- на многих других конференциях и семинарах в период с 1972 по 2004 гг.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 76 работах, в том числе в монографии «Пикосекундная импульсная техника» (Издательство "Энергоатомиздат", М.: 1993, 368с.); в 23 - х статьях в центральной периодической печати; в 8 - ми авторских свидетельствах на изобретения; в 29 - ти материалах докладов на международных, общесоюзных и республиканских конференциях; в 8 - ми научно-технических отчетах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа изложена на 102 страницах, иллюстрирована 33 рисунками и содержит список литературы из 92 наименований.

Заключение

Предложен метод исследования аналоговых устройств пикосекундного диапазона с помощью моделей, который позволяет осуществить сквозное проектирование сложных быстродействующих устройств, с моделирования исходных частотных характеристик до структурной реализации аналогового устройства. Решен ряд научно-практических задач, позволивших создать пикосекундные базовые блоки с оптимальными характеристиками для различных приборов и систем. В работе впервые получены следующие результаты.

1. Установлена связь отклонений от исходных амплитудно-частотных, фазочастотных и переходных (импульсных) характеристик аналоговых устройств.

2. Разработан метод анализа и структурного построения аналоговых устройств пикосекундного диапазона, основанный на связи отклонений частотных и временных характеристик.

3. Предложены математические и структурно-функциональные модели, отражающие процессы формирования и искажения пикосекундных сигналов в аналоговых устройствах пикосекундного диапазона.

4. Определены оптимальные по критерию минимального времени нарастания формы частотной, фазовой и переходной характеристик устройства.

5. Показано, что получение оптимальных форм частотной, фазовой и переходной характеристик возможно только в цепях с неминимально-фазовыми передаточными функциями.

6. Разработаны новые структуры корректирующих цепей на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями, получены математические выражения, связывающие параметры этих цепей с переходными характеристиками.

7. Предложен алгоритм определения неминимально-фазовой части фазового сдвига спектральных составляющих сигнала с целью ее компенсации.

8. Получены соотношения, позволяющие учесть влияние паразитных связей в конструкциях на характеристики аналоговых устройства пикосекундного диапазона.

9. Разработаны и внедрены гибридно-интегральные устройства пикосекундного диапазона различного назначения с рекордными характеристиками.

1. Суслов И.А. К количественной оценке сложности цепи. Труды Томского института радиоэлектроники и электронной техники, том 8, издательство Томского университета, Томск, 1972.- с.96-101.

2. Ланнэ А.А. Потенциальные характеристики линейных фильтрующих цепей. М.: Связь,1974, 57с.

3. Заездный A.M. Гармонический синтез в радиотехнике и электросвязи. Л.: Энергия, 1972, 528с.

4. Турбович И.Т. Метод близких систем и его применение для создания инженерных методов расчета линейных и нелинейных радиотехнических систем. М.: Издательство Академии наук СССР, 1961.

5. Лурье О.Б. Усилители видеочастоты. М.: Советское радио, 1961, 676с.

6. Суслов И.А. Метод близких характеристик. Труды Томского института радиоэлектроники и электронной техники, том 4, издательство Томского университета, Томск, 1965.- с. 134-140.

7. Теумин И.И. Экспериментальный анализ переходных процессов в линейных электрических цепях. М.: Советское радио, 1956.

8. Давыдов Г.Б. Основы теории и расчета фазокорректирующих цепей. М.: Связьиздат, 1958,293с.

9. Кочанов Н.С. Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области.М.: Связь, 1967

10. Меерович Л.А., Тартаковский Г.П. К расчету временных и частотных характеристик многокаскадных систем. Журнал технической физики, том XXII, вып 7. М.: изд. АН СССР, 1952 с.1200- 1220.

11. Сивере А.П. Радиолокационные приемники. М.: Советское радио,1959.

12. Волин М.Л.Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1981.

13. Верзунов М.В. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1981,298с.

14. Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Д.: Энергоатомиздат,1981.

15. Калантаров П. Д., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей. Д.: Энергоатомиздат, 1986.

16. Эйкхофф П., Ванечек А., Савараги Е. и др. Современные методы идентификации систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

17. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Баранов В.Ю. и др. Пикосекундная импульсная техника/Под ред. В.Н. Ильюшенко. М.: Энергоатомиздат, 1993.

18. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Связь отклонений частотных и переходных характеристик линейных систем // Радиотехника.- 1990.- № 8.- с. 41-46.

19. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Влияние частотных искажений на переходную характеристику // Материалы 4 ои Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс, 1987, ВНИИРИП, с. 41-43.

20. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Моделирование сложных систем: тезисы докладов областной научно-технической конференции "Проблемы радиотехники, электроники и связи". Томск, 1989, ЦНТИ, 4.1, с.51.

21. Авдоченко Б.И Повышение разрешающей способности измерителей неоднородностей линий передачи. Материалы пятой Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы информационной безопасности государства, общества, личности".- Томск, 2003, с. 65-70.

22. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Анализ влияния паразитных связей в конструкциях на характеристики широкополосных радиотехнических устройств // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника. М., 1988, выпуск 8.-с.68-77.

23. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Конструирование сверхширокополосных и пикосекундных усилительных устройств // Материалы 4 ои Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс, 1987, ВНИИРИП, с. 44-45.

24. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Уменьшение искажений формы пикосекундных сигналов при усилении и формировании // Материалы 4 ои Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс, 1987, ВНИИРИП, с. 37-39.

25. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Кольцевые корректирующие цепи для устройств пикосекундной импульсной техники: тезисы докладов областной научно-технической конференции "Проблемы радиотехники, электроники и связи". -Томск, 1989, ЦНТИ,.1 ч. 1,с.51.

26. АС № 1566462 СССР, МКИ H03F 1/42 Импульсный усилитель / Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И.// Открытия, изобретения.- 1990.- № 19.

27. АС № 1566429 СССР, МКИ Н 01Р 5/02 Корректирующее устройство / Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И.// Открытия, изобретения.- 1990.- № 19.

28. Авдоченко Б.И., Цепелев Г.М., Ильюшенко В.Н. и др. Генератор пикосекундных импульсов со сменными формирующими модулями. Труды международного симпозиума "Конверсия науки международному сотрудничеству".- Томск.- 1997 .- с. 65-68.

29. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Коррекция искажений переходных характеристик функциональных узлов трактов передачи и обработки пикосекундных сигналов // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- М., 1988, выпуск 8.- с.52-57.

30. АС № 1246333 СССР, МКИ НОЗ Д 3/30 Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления / Б.И. Авдоченко, В.Н. Ильюшенко // Открытия, изобретения.- 1986.- №27.

31. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н Многофункциональный усилитель-формирователь // Материалы 4 ои Республиканской НТК "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов".- Вильнюс, 1987, ВНИИРИП, с. 39-41.

32. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Донских Л.П. Пикосекундный многофункциональный модуль./ Информационный листок о научно-техническом достижении. Томск, 1986.- ЦНТИ, № 1-86.

33. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Усиление, формирование и управление параметрами пикосекундных электрических сигналов // Тезисы докладов 3ой всесоюзной школы по пикосекундной технике.- Ереван, 1988, с.7,8.

34. Рекламно-справочный листок ВДНХ СССР "Пикосекундный многофункциональный модуль", Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Донских Л.П, ВДНХ СССР, Москва ,1986.

35. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Пикосекундные усилительные модули на транзисторах с затвором Шоттки // Приборы и техника эксперимента.- 1986.- № 5.- с-119-122.

36. АС № 1450077, СССР, МКИ HO№3F 1/42. Усилитель / В.Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко // Открытия, изобретения.- 1989.- № 1.

37. АС № 1075370, СССР, МКИ НОЗ F 3/42. Каскодный усилитель // Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Ильюшенко В.Н.// Открытия, изобретения.- 1984.- № 7.

38. АС № 1062849, СССР, МКИ НОЗ F 3/42. Каскодный усилитель // Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Ильюшенко В.Н.// Открытия, изобретения.- 1982.- № 47.

39. АС № 936377. СССР, МКИ НОЗ F 3/42. Каскодный усилитель / Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Покровский М.Ю. // Открытия, изобретения.- 1982.- № 22.

40. AC № 13944903, СССР, МКИ НОЗ F 3/42. Усилитель // Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Ильюшенко В.Н., В.И. Туев // Открытия, изобретения.- 1988.- № 17.

41. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Усилитель-формирователь импульсов с частотой следования до 3 ГГц, // Приборы и техника эксперимента.- 1988.- № 2.- с. 83-85.

42. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Унифицированный генератор пикосекундных импульсов для многоканальных радиотехнических систем. Труды международного симпозиума "Конверсия науки международному сотрудничеству".- Томск.- 1997 .- с. 59-61

43. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Пикосекундный усилитель// Приборы и техника эксперимента.- 1985.-№ 1.- с.249.

44. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Гибридно-интегральные импульсные усилители // Приборы и техника эксперимента.- 1990.- № 6.- с. 102-104.

45. Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Донских Л.П., Ильюшенко В.Н. Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- М., 1985, выпуск 3.- с.57-60.

46. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Якушевич Г.Н. Многооктавный СВЧ усилитель на транзисторах с барьером Шоттки // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- М., 1985, выпуск 3.- с.73-76.

47. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Пикосекундные усилительные модули с повышенным выходным напряжением // Приборы и техника эксперимента.- 1987.-№2.-с. 126-129.

48. Обихвостов В.Д., Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Пикосекундный усилитель постоянного тока с регулируемым усилением. // Приборы и техника эксперимента.-2003.- №1.- с47-49.

49. Авдоченко Б.И., Болтовская Л.Г., Дьячко А.Н., Титов А.А. Способы повышения выходной мощности наносекундных видеоусилителей // Наносекундные и субнаносекундные усилители, Томск: ТГУ, 1976. с. 134-139

50. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н. и др. Разработка пикосекундных усилителей с повышенным уровнем выходного сигнала. Отчет по НИР № Гос. Регистрации 01824047613, г. Томск, 1984.

51. Авдоченко Б.И., Бабак Л.И., Обихвостов В.Д. Транзисторный видеоусилитель импульсов наносекундной длительности с повышенным выходным напряжением.//Приборы и техника эксперимента.- 1980,№5,с.107-109.

52. Обихвостов В.Д., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Сверхширокополосный усилитель с регулируемым усилением // Приборы и техника эксперимента.- 1975.-№ 1.- с-112

53. Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. и др. Усилитель мощности телевизионного передатчика. Труды IV международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", в 16 т. Т10. Новосибирск: изд. НГТУ. 1998. с. 93-94.

54. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Усилитель с временем нарастания переходной характеристики 40 пс. // Приборы и техника эксперимента.- 1988.- № 4.-с-112-114.

55. Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Широкополосный усилитель мощности для работы на несогласованную нагрузку. // Приборы и техника эксперимента.- 1996.- № 2.- с-68-69.

56. Авдоченко Б.И., Якушевич Г.Н., Обихвостов В.Д. и др. Радиоимпульсный приемопередатчик с фазовой манипуляцией Труды международного симпозиума "Конверсия науки международному сотрудничеству".- Томск.- 1997 . с. 140-143.

57. Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Туев В.И. и др. Наносекундный высоковольтный усилитель с коррекцией затухания в линии связи. // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- М., 1985, выпуск З.-с 52-57.

58. Авдоченко Б.И., Бабак Л.И. и др. Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах. // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- М., 1985, выпуск 3.- с.57-63.

59. Обихвостов В.Д., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. и др. Пикосекундный усилитель постоянного тока с регулируемым усилением. // Приборы и техника эксперимента.- 1990.- № 2.- с-242.

60. Авдоченко Б.И., Бабак Л.И., Обихвостов В.Д. Транзисторные усилители импульсов субнаносекундного диапазона с повышенным выходным напряжением.// Приборы и техника эксперимента.- 1989.- № 3.- с-126-128.

61. Покровский М.Ю., Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н. Наносекундный усилитель с повышенным выходным напряжением. // Приборы и техника эксперимента.- 1980.- № 6.- с-209.

62. Обихвостов В.Д., Смульский А.Д., Авдоченко Б.И. Широкополосный усилитель тока с АРУ. Сб. " Широкополосные усилители", вып.2 изд. ТГУ, 1972. -с 167-171.

63. Суслов И.А., Авдоченко Б.И., Бабак Л.И. и др. Разработка импульсных и широкополосных усилителей Отчет по госбюджетной НИР. № Гос. Регистрации72057509. г. Томск. 1974.

64. Суслов И.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. и др. Разработка полупроводникового усилителя наносекундных импульсов для . цифровых систем связи с многоуровневым сигналом. Отчет по НИР. № Гос. Регистрации72058442. г. Томск. 1973

65. Суслов И.А., Авдоченко Б.И., Бабак Л.И. и др. Разработка транзисторных усилителей с повышенным уровнем выходного сигнала. Отчет по НИР. № Гос. Регистрации73071804. г.Томск. 1974

66. Мелихов С.В., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н. и др. Разработка пикосекундных усилителей с повышенным уровнем выходного сигнала. Отчет по НИР. № Гос. Регистрации 01824047613. г.Томск. 1984

67. Авдоченко Б.И., Бабак Л.И. Транзисторный наносекундный усилитель с повышенным выходным напряжением. Программа Всесоюзного научно-технического семинара "Широкополосные усилители". Москва, 1975.- с 8.

68. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Модули пикосекундных усилителей на транзисторах с затвором Шоттки. Программа Всесоюзного научно-технического семинара "СВЧ элементы и узлы радиоприемных устройств ". ВДНХ СССР, Москва, 1986.

69. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д., Титов А.А. Импульсные усилители: материалы международной конференции "СИБКОНВЕРС 95". -Томск, 1995. - с.ЗЗ.

70. Обихвостов В.Д., Ильюшенко В.Н., Дьячко А.Н., Авдоченко Б.И и др. Наносекундный высоковольтный усилитель с управляемым усилением // Полупроводниковая электроника в технике связи Под ред. И.Ф. Николаевского М.: Радио и связь, 1990. Вып. 28. с. 41-50.

71. Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Донских Л.П. и др. Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах//Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника. 1985. Вып. 3. с. 57-60.

72. Ильюшенко В.Н., Титов А.А., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д. Усилители мощности ОВЧ-СВЧ диапазонов//Труды межрегиональной научно-практической конференции "Региональный рынок труда в условиях структурных изменений экономики". Кемерово, 1995.с. 123-124.

73. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д., Титов А.А. Импульсные усилители: Материалы международной конференции "Сибконверс-95".- Томск, 1995.- с.33.

74. V. V. Zagoskin, A. S. Shostak, В. I. Avdochenko, V. N. Iljushenko, L. P. Ligthart,

75. Titov A.A., Iljushenko V.N., Avdochenko B.I., and Obikhvostov Broandband Power Amplifier Operating into an Unmatched Loand //Instruments and Experimental Techniques. 1996. Vol. 39, No 2, pp. 215-216.