автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка и исследование линейных устройств усиления и формирования пикосекундных импульсов

На правах рукописи $

Авдоченко Борис Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ УСТРОЙСТВ УСИЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ПИКОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Специальность 05.12.04 - радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

3 О ОКТ 2014

Томск-2014

005553851

Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и защиты информации и кафедре телевидения и управления ФГБОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»

Научный консультант: Пустынский Иван Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой телевидения и управления ФГБОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» г. Томск

Официальные оппоненты:

1. Майстренко Василий Андреевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», г. Омск.

2. Сай Сергей Владимирович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет», г. Хабаровск.

3. Мамчев Геннадий Владимирович, доктор технических наук, профессор, ФГОБУ ВПО «Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики», г. Новосибирск.

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.

Заннгга состоится в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.01 18 ноября 2014г. в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 40, зал заседаний ученого совета (к. 203 главного корпуса)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, ул. Вершинина,74 и на сайте Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники и11р:/Ду\у\у.Ш5г1г.пУпх^с{епсе/е(111са110п/'(1}55.11Ьт11

Автореферат разослан » октября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.268.01, доктор технических наук, профессор

А.В. Филатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования

В последнее время резко увеличилось количество разработок устройств и систем, использующих сигналы субнаносекундного и пикосекундного диапазонов длительностей. Преимущества подобных систем очевидны: малое энергопотребление и соответствующее уменьшение габаритов, высокая точность, большая скорость и объем обрабатываемой информации. Подобные системы широко используются при передаче информации с гигабитовыми скоростями, в телекоммуникации, связи, локационных системах и многих других. При уменьшении длительностей используемых сигналов возникают новые направления развития импульсных систем. В качестве примера можно привести появление подповерхностной локации и видеолокационных досмотровых систем, использующих субнаносекундные импульсы.

Быстродействие выпускаемых устройств определяется возможностями применяемых технологий, качественное изменение которых обходится очень дорого. Поэтому особую актуальность приобретает реализация предельно возможного быстродействия основных устройств без больших затрат времени и материальных ресурсов, в рамках используемых технологий.

В диссертации исследуется возможность минимизации времени переходного процесса в основных радиоэлектронных устройствах: усилителях, генераторах, формирователях, корректирующих устройствах, преобразователях, устройствах управления формой, коэффициентом передачи и других с учетом ограничений частотных характеристик используемых элементов, количественных и качественных особенностей быстродействующих устройств (БУ) пикосекундного временного диапазона.

К количественным особенностям БУ, значительно усложняющим разработку, относятся следующие.

1. Из-за сверхвысокой верхней частоты (СВЧ) и сверхширокой полосы (СШП) пропускания эквивалентные схемы активных и пассивных элементов устройства значительно усложняются.

2. Размеры элементов становятся соизмеримыми с длиной волны сигнала. Из-за дополнительных фазовых задержек эквивалентные схемы на сосредоточенных КЬС элементах приводят к значительным погрешностям при расчетах характеристик.

3. На верхней частоте полосы пропускания корпус устройства уже не является эквипотенциальной поверхностью, что необходимо учитывать при конструировании БУ.

4. Из-за сверхширокой полосы пропускания и уменьшения размеров активных и пассивных элементов значительно усиливается влияние паразитных связей внутри отдельных элементов и в конструкции устройства.

Качественной особенностью пикосекундных устройств является соизмеримость времени задержки в активных и пассивных элементах с фронтами и длительностями сигналов, поэтому при разработке необходимо учитывать распределенные свойства элементов.

Забегая вперед, отметим, что соизмеримости задержек в элементах и устройствах с длительностями сигналов позволяет получить новые эффективные схемотехнические и конструктивные решения при разработке БУ.

Основной проблемой, решаемой в диссертации, является проблема получения максимального быстродействия основных узлов пикосекундной техники в условиях существующих ограничений полосы пропускания активных и пассивных элементов. Эта проблема является сложной и противоречивой по следующим причинам:

1. При проектировании применяются эквивалентные электрические схемы (структурные модели устройства) и математические модели устройства - дробно-рациональные (ДР) передаточные функции (ПФ). Высокая верхняя граничная частота и сверхширокая полоса пропускания приводят к необходимости учета большого количества реактивных элементов, входящих в эквивалентные схемы. В результате поведение даже сравнительно несложного устройства описывается ДР ПФ высокого порядка, достигающей значения в несколько десятков -сотен единиц. Упрощения эквивалентных схем используемых на предельных возможностях элементов или незначительная ошибка в исходной схеме обычно приводят к расхождению между полученными теоретическими и экспериментальными результатами.

2. Из-за задержек в активных и пассивных элементах, соизмеримых с длительностями самих сигналов и наличия дополнительных (паразитных) каналов прохождения сигнала, ПФ устройств приобретают неминимально-фазовые (НФ) свойства. Введение линий задержек в эквивалентные схемы из-за необходимости учета в моделях распределенных свойств элементов значительно усложняет проектирование БУ.

3. При проектировании БУ используются численные методы оптимизации и параметрического синтеза частотных характеристик, для перехода к временным характеристикам устройства применяются обратные преобразования Фурье и Лапласа. В результате интегральных преобразований теряется наглядность связей между элементами моделей, частотными и переходными характеристиками (ПХ).

Снизить сложность проектирования можно применением предлагаемых в диссертации моделей, основанных на декомпозиции характеристик устройства на ортогональные составляющие с помощью ряда Фурье. Линейность ортогональных составляющих позволила разложить характеристики на отдельные элементы и разработать математические и структурные модели БУ, учитывающие распределенные свойства устройств пикосекундного диапазона. На основе разработанных моделей проведен анализ путей минимизации времён переходных процессов, обоснована необходимость применения НФ корректирующих цепей (КЦ). В результате исследований получены новые теоретические и практические решения, существенно улучшающие характеристики устройств. Необходимо отметить, что в выполненных диссертационных исследованиях намечено решение более обшей проблемы — проектирования устройств или систем с заданной формой ПХ. а минимизация времени установления ПХ БУ в условиях ограничения частотных характеристик является частным решением.

Предложенный метод исследования, основанный на представлении характеристик объектов в виде ряда Фурье, является универсальным и представляет значительный интерес для других отраслей науки. Разработанные математические и структурно-функциональные модели, сохраняющие корреляционные связи между внутренними структурами и характеристиками применяются при исследованиях подповерхностной среды, состояния трубопроводов большого диаметра, а также в активно-импульсных телевизионных системах.

Актуальность проведенных работ отмечена академиком Е.П. Велиховым в предисловии к монографии [1].

Степень разработанности темы исследований

Сложности в разработке высокоскоростных систем передачи и обработки информации отражаются на количестве и качестве публикаций. Материалы, посвященные проектированию пикосекуцдных БУ, содержатся в разрозненных публикациях в периодической печати или в виде разделов в отдельных книгах и имеют различный научный и технический уровень. Проектированием и практической разработкой быстродействующих устройств занимаются частные фирмы и компании, что также отразилось на количестве и характере информации в свободной печати. Публикации в нашей и зарубежной печати все чаще носят рекламный характер, отражают достижения фирм-производителей, содержат технические характеристики отдельных элементов и приборов, а теоретические и прикладные основы проектирования пикосекундных БУ отсутствуют.

Результаты исследований по повышению быстродействия основных устройств радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) опубликованы в работах Л.А. Моругина, Г.В. Глебовича, A.B. Андриянова, Ю.В Введенского, Е.А. Мелешко, Т.М Агаханяна, Г.Е. Гаврилова и других авторов. В их классических работах рассматриваются принципы построения скоростных базовых узлов импульсной техники, приводятся схемотехнические реализации устройств усиления, коррекции, формирования и генерирования сигналов.

Большое внимание в литературе уделяется формам частотных и переходных характеристик проектируемых БУ. В работах A.A. Ланнэ, О.Б. Лурье, И.Т. Турбовича, A.M. Заездного, И.А. Суслова и других авторов рассматриваются различные формы частотных и переходных характеристик, полученных в результате применения различных критериев. Авторами даются рекомендации по их применению в БУ, однако отсутствует сравнительный анализ предлагаемых характеристик и оценка выигрыша по быстродействию, который может быть получен при использовании конкретной формы характеристики. Классические формы амплитудно-частотных

характеристик (АЧХ), предложенные Батгервортом, Чебышевым, Кауэром, при проектировании быстродействующих устройств находят ограниченное применение из-за нелинейностей фазовых характеристик. В связи с отсутствием нормативных требований к характеристикам БУ, для сравнения устройств с различными формами АЧХ, фазочастотных характеристик (ФЧХ) и ПХ необходимо определить оптимальные формы характеристик, которые должны иметь проектируемые БУ.

Формы АЧХ, ФЧХ и ПХ, приводимые в литературе, при условии ограниченного быстродействия применяемой элементной базы могут быть физически реализованы только с некоторьми приближениями. По степени отклонения этих характеристик от оптимальных можно сравнивать быстродействие устройств с предложенными разными авторами формами характеристик и определять необходимую точность реализации характеристик. Необходимой точности реализации характеристик посвящены работы И.И. Теумина, Г.Б. Давыдова, Н.С. Кочанова, Л.А Мееровича, Г.П. Тартаковского и других авторов. В этих работах рассмотрены случаи изменения конкретной формы АЧХ и ФЧХ, описываемых простыми аналитическими выражениями, определено их влияния на форму ПХ. Исследования связи отклонений АЧХ и ФЧХ сложной или произвольной формы на ПХ в литературе отсутствуют.

Из-за значительного усложнения моделей и интегральных связей между характеристиками использование классических математических и структурных моделей при проектировании БУ пикосекундного диапазона становится неэффективным. Поэтому с развитием элементной базы наблюдается тенденция к укрупнению моделей, в результате которых разработанные быстродействующие элементы и типовые устройства представляются фирмами-разработчиками в виде «черного ящика», описываемого паспортными характеристиками. Укрупнение моделей путем замены эквивалентных схем отдельных элементов Б-параметрами или характеристиками позволяет частично решить проблему повышения эффективности проектирования. Недостатком укрупненных моделей является утрата корреляционных связей между внутренними структурами и характеристиками разработанных устройств. Из-за высокой сложности моделей, учитывающих особенности БУ пикосекундного временного диапазона и численных методов оптимизации, применение при проектировании современных вычислительных комплексов не гарантирует получения оптимального результата исследований. В случае расхождений между теоретическими и экспериментальными характеристиками для выявления ошибки и уточнения моделей необходимы значительные затраты времени и средств.

Цель и задачи диссертационной работы

Решение проблемы повышения быстродействия имеет большое теоретическое и практическое значение. Традиционные решения связаны с улучшением характеристик активных и пассивных элементов путем перехода на монолитные технологии. Минимизация размеров элементов позволяет уменьшить задержки и использовать при проектировании устройств сосредоточенные модели элементов. Однако при таком решении возникают дополнительные проблемы, связанные с отводом тепла, увеличением паразитных связей и необходимостью огромных капитальных вложений. Предложенное в диссертации решение проблемы повышения быстродействия устройств позволяет существенно улучшить характеристики БУ при минимальных затратах времени и материальных ресурсов.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование основных радиоэлектронных устройств с минимальным временем установления переходных характеристик в условиях ограничения частотных характеристик элементов.

В результате диссертационных исследований решены следующие задачи: 1. Для проектирования КЦ БУ с оптимальными характеристиками выбраны оптимальные формы частотных и переходных характеристик при ограничениях частотных характеристик применяемых активных и пассивных элементов и определены связи между отклонениями частотных и временных характеристик. Реализация оптимальных характеристик позволила получить предельное быстродействие в условиях частотных ограничений.

2. Для исследования корреляционных связей между внутренними структурами и характеристиками разработаны математические и структурно-функциональные укрупненные модели БУ и систем. Разработанные математические и структурные модели достаточно точно и

наглядно описывают сложные процессы изменения спектра сигнала пикосекундной длительности в системах и устройствах.

3. Предложена методика расчета КЦ во временной области. Расчет по временным характеристикам позволяет получить оптимальные характеристики устройств без использования преобразования Фурье или Лапласа, минимизировать количество элементов КЦ.

4. Эффективность применения моделей доказана разработкой и экспериментальными исследованиями новых высокоскоростных устройств (усилителей, генераторов, формирователей, устройств управления амплитудой, фазой), их внедрением в различных областях народного хозяйства

5. Показана возможность расширения области применения разработанных моделей для исследования внутренней структуры и определения характеристик различных объектов.

Научная новизна диссертации

В диссертации предложен новый подход к решению научной проблемы — получению максимального быстродействия радиоэлектронных устройств и систем в условиях использования элементов с частотными ограничениями, основанный на разложении характеристик в ряд Фурье. В результате решения проблемы были получены следующие новые научные результаты.

1. На основе аппроксимации частотных характеристик рядом Фурье разработан метод проектирования и исследования БУ, при котором АЧХ и ФЧХ устройства представляются суперпозицией независимых элементарных составляющих характеристик.

2. Разработаны математические и структурные модели, учитывающие распределенные свойства линейных устройств пикосекундного диапазона. Модели позволяют с достаточной точностью аппроксимировать характеристики устройств пикосекундного диапазона, исследовать процессы искажения спектра сигнала в устройстве.

3. Предложены и исследованы новые структуры КЦ на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями и неоднородных линий передачи. Приведены соотношения по определению элементов КЦ. Показано, что структуру и расчет КЦ можно существенно упростить, а действие КЦ сделать более наглядным, если перейти от расчета характеристик в частотной области к расчетам по временным характеристикам.

4. Предложена простая реализация НФ цепей в пикосекундном диапазоне, основанная на соизмеримости времен задержек в КЦ и устройствах с длительностями переходных процессов.

5. Установлено при сопоставлении теоретических и экспериментальных характеристик разработанных БУ с характеристиками известных устройств, что применение НФ КЦ позволяет существенно улучшить форму и уменьшить время нарастания ПХ.

6. Разработаны новые схемы и конструкции устройств пикосекундного диапазона с оптимальными характеристиками, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения.

Теоретическое и практическое значение работы

В результате выполнения работы решен ряд теоретических и практических задач по проектированию, изготовлению и внедрению устройств пикосекундного диапазона с оптимальными характеристиками. Разработанные в диссертационной работе основы проектирования БУ во временной области позволили существенно сократить объем вычислений, повысить эффективность и качество проведения НИР и ОКР при создании новых и модернизации существующих устройств и систем. Предложенные математические и структурно-функциональные укрупненные модели, сохраняющие корреляционные связи между внутренними структурами и характеристиками исследуемого объекта являются определенным вкладом в общую теорию моделирования.

При непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Усилители с временем нарастания 70 пикосекунд, которые позволили повысить на два порядка чувствительность, применяются в сверхскоростных осциллографах реального времени "Лотос".

2. Пикосекундные усилители с повышенным уровнем выходного сигнала используются в стенде "ТИР-1", разработанном 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 являются базовыми блоками в различных приборах в ИОФАН (г. Москва) и институте электроники "Элита" (г. Вильнюс),

4. Быстродействующие усилители с широким динамическим диапазоном применяются в многоканальной системе, регистрирующей излучения Вавилова - Черенкова в НИИЯФ МГУ (г. Москва) и ИКФИА СОАН (г. Якутск). Усилители позволяют регистрировать однократные быстропротекающие процессы.

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

6. Предложенные в диссертации методики расчета и моделирования использовались при разработке высоковольтных формирователей импульсов с субнаносекундными фронтами в ООО "Центр "Радар" (г. Томск).

7. Формирователи импульсов считывания информации применяются в активно-импульсных телевизионных системах, работающих при сложных условиях контроля и наблюдения. Работы проводились в ТУСУР (г. Томск) по проекту № 2.1.2/12356 «Исследование и разработка методов коррекции искажений в телевизионных датчиках при экстремальных условиях контроля и наблюдения» аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы).

8. Установка для исследования диэлектрической проницаемости среды использовалась в работах по подповерхностному зондированию, финансируемых по международному проекту IS 030126. проводимых ТУСУРом и университетом г. Дельфт (TU Delft), Голландия.

9. Предложенные в диссертации методики проектирования и технология изготовления внедрены в НИОКР ОАО НИИПП (г. Томск) при разработке твердотельных импульсных СВЧ генераторов двух и трехсантиметрового диапазона длин волн.

10. Разработанные формирователи субнаносекундных импульсов применяются в метрологических установках для исследования мощных диодов в ОАО НИИПП (г. Томск).

11. Высоковольтные генераторы импульсов с фронтом 150 пикосекунд применяются в исследованиях фазированных антенных решеток в ИСЭ РАН (г. Томск).

Разработанные БУ используются в установках зондирования атмосферы (ИОА РАН, г. Томск); в устройствах подповерхностной локации (КБ "РАДАР", г. Томск); в 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 измерительных комплексах и приборах в МГПУ, (г. Москва), МФТИ, (г. Москва), ПО "Веста", (г. Вильнюс); НПО "Дальняя связь", (г. Санкт-Петербург).

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

Методология и методы исследования

Предметом исследований диссертации является проблема повышения быстродействия базовых устройств пикосекундной техники в условиях существующих ограничений полосы пропускания активных и пассивных элементов. Ввиду сложности перечисленных выше задач, с учетом специфики исследований, потребовался концептуальный подход, основанный на теоретических и практических исследованиях.

При теоретических исследованиях использовались следующие методы:

1. При постановке проблемы исследований и выборе путей решения был применен абстрактно-логический метод, позволивший найти нестандартные и эффективные пути решения проблемы.

2. При проведении теоретических исследований использовались математические методы и метод моделирования, позволившие исследовать структуры, изучить основные свойства БУ и ЮД. Полученные в диссертации решения базируются на строго доказанных математических методах:

методе прямого и обратного преобразования Фурье, преобразовании Гильберта. При доказательствах положений диссертации использовались: векторный анализ, теории функций комплексного переменного, ряды Фурье, критерий Пэли-Винера, равенство Парсеваля, функция Хэвисайда. При разработке моделей применялась теория потенциальных характеристик линейных фильтрующих цепей, спектральный метод и элементы теории передачи информации.

3. Для проверки истинности теоретических положений диссертации применялись методы анализа и оптимизации характеристик БУ, компьютерное моделирование.

В практических исследованиях были применены следующие методы:

1. При экспериментальных проверках эффективности полученных решений и испытаниях разработанных устройств использовался эмпирический метод исследований. В качестве средств исследований применялись аттестованные приборные базы Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники и Томского НИИ полупроводниковых приборов, контролируемые представителем заказчика.

2. Для исследования различных объектов при расширении области применения теоретических положений диссертации применялся абстрактно-логический метод (метод аналогии и формальной логики).

Научные положения, выносимые на защиту

1. Предложенный метод проектирования и исследования БУ и систем, основанный на связи отклонений от исходных частотных и переходных характеристик линейных устройств, позволяет исключить при расчетах КЦ исходные характеристики устройств с высоким порядком передаточных функций.

При использовании предложенного метода находится разница между исходной и оптимальной (желаемой) характеристиками, по которой определяется необходимая характеристика КЦ. Установлено, что величина изменения ПХ определяется коэффициентами, а задержка во времени - периодами ряда Фурье, аппроксимирующего изменения частотных характеристик. Ортогональность ряда Фурье позволяет рассматривать независимо действие каждой составляющей ряда на переходную характеристику. В результате характеристики системы высокого порядка заменяются суммой характеристик низкого порядка, что позволяет установить связи между структурами устройства и его характеристиками.

2. На основе аппроксимации частотных характеристик БУ рядом Фурье могут быть составлены математические и структурные модели, описывающие свойства линейных устройств пикосекундного диапазона. Полученные модели позволяют исследовать процессы искажения спектра сигнала в сложном устройстве и существенно сократить время проектирования.

Применение рядов Фурье для аппроксимации частотных характеристик БУ позволяет представить характеристики в виде суперпозиции периодических функций. Это позволяет при проектировании БУ использовать структурные модели в виде дискретных фильтров, элементы которых определяются по коэффициентам ряда Фурье.

Сокращение времени проектирования обусловлено минимизацией количества элементов модели сложного устройства и применением ортогональных функций. В традиционных моделях, использующих эквивалентные схемы, многие элементы действуют в одном частотном и временном диапазоне, усиливая или компенсируя взаимное влияние. Минимизация количества элементов модели достигается путем замены действия нескольких элементов одним, эквивалентным по влиянию на характеристики. Линейность ортогональных функций позволяет определить результирующую частотную или временную характеристику путем суперпозиции, с возможностью оценки влияния каждого элемента модели на характеристику устройства.

3. Количество элементов корректирующей цепи быстродействующего устройства можно минимизировать, если перейти от расчета характеристик БУ в частотной области к расчету по временным характеристикам.

Минимизация количества элементов КЦ при проектировании по временным характеристикам обусловлена сокращением количества интервалов аппроксимации ПХ по сравнению с аппроксимацией частотных характеристик. При проектировании КЦ по АЧХ и ФЧХ количество элементов корректирующей цепи определяется числом членов аппроксимирующего ряда Фурье. В случае отсутствия необходимости определения частотных характеристик, применение

периодических функций для аппроксимации становится нерациональным. Для уменьшения интервалов аппроксимации ПХ, количества элементов КЦ и исключения при проектировании вычисления коэффициентов ряда Фурье используется единичная дискретная функция.

4. Для реализации оптимальной формы переходной характеристики БУ необходимо использовать устройства с неминимально-фазовыми характеристиками.

Максимальная крутизна переднего фронта определяется верхней граничной частотой устройства, поэтому при максимальной протяженности линейного участка ПХ сокращается время переходного процесса. Установленная связь между ФЧХ и величиной выброса ПХ показывает, что при линейной ФЧХ величины выброса ПХ перед передним фронтов и переднего фронта одинаковы, что позволяет получить наибольшую протяженность линейного участка ПХ. Из преобразования Гильберта, следует, что устройства с оптимальной формой АЧХ при минимально-фазовой (МФ) характеристике имеют нелинейную ФЧХ.

5. Разработанные методика проестирования, математические и структурные модели позволяют создать БУ пикосекундного диапазона с оптимальными характеристиками.

При использовании предложенной методики связь между структурами моделей и характеристиками имеет простую физическую интерпретацию. Стало возможным определение вклада каждого элемента модели в суммарную характеристику БУ, в изменения амплитуды и фазы спектральных составляющих сигнала. Проектирование нужной характеристики становится аналогичной процессу конвейерной сборки: последовательно во времени в имеющейся характеристике производятся изменения, приближающие характеристики к оптимальным. Действие элементов КЦ на ПХ аналогично: при прохождении входного импульса через устройство последовательно во времени изменяются корректируемые участки ПХ.

Степень достоверности и апробация результатов исследований

Достоверность теоретических положений диссертации подтверждена расчетами и моделированием на ЭВМ, результатами экспериментальных исследований. Предложенные технические решения проверены экспериментально и успешно применяются в различных областях народного хозяйства, что подтверждено актами внедрения, отзывами на использование результатов диссертационной работы.

Основные результаты диссертации опубликованы в рецензируемых центральных изданиях и двух монографиях, теоретические положения и результаты исследований, выполненных в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях, школах, симпозиумах, семинарах: на десятой Международной конференции по подповерхностной радиолокации "GPR 2004" (г. Дельфт, Нидерланды, 2004 г.); на Европейской конференции по радиолокации, "EuRAD 2004" (г. Амстердам, Нидерланды, 2004 г.); на Европейской конференции MICON-2004, (г. Варшава, Польша, 2004г.); на девятнадцатой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", (г. Севастополь, Украина, 2009 г.); на восемнадцатой и девятнадцатой Международных научно-практических конференциях "Радиолокация, навигация и связь. (RLNC*2012 и RLNC*2013)" (г. Воронеж, 2012 и 2013 г.); на четвертой Международной научно-практической конференции "ГЕОРАДАР -2004", (г. Москва, 2004 г.); на третьей и четвертой Всесоюзных школах по пикосекундной технике, (г. Ереван, 1988 и 1991 г.); на Международных научно-практических конференцях "Актуальные проблемы радиофизики. (АПР-2010 и АПР-2013)", (г. Томск, 2010 и 2013 г.); на первом и втором Международных симпозиумах "Сибконверс - 95" и "Сибконверс - 97", (г. Томск, 1995 и 1997 г.); на четвертой Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения. (АПЭП-98)", (г. Новосибирск, 1998 г.); на пятой Международной научно-технической конференции "Измерение, контроль, информатизация", (г. Барнаул, 2004 г.); на пятой Всероссийской НПК "Проблемы информационной безопасности государства, общества, личности" (г. Томск, 2003 г.); на Научно-технических семинарах УПНТО РЭС им. A.C. Попова, г. Москва, на многих региональных конференциях и семинарах в период с 1972 по 2013 гг.

По материалам диссертации получено 8 авторских свидетельствах на изобретения.

В изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 76 работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, приводится краткий обзор литературы по теме исследований, определены цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы, реализация результатов исследований, указаны конференции, школы, симпозиумы и семинары, на которых проводилась апробация работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрены оптимальные формы частотной, фазовой и переходной характеристик, обеспечивающие минимальное время нарастания ПХ. Получены соотношения, связывающие изменения ПХ с изменениями частотных характеристик.

Нормированные АЧХ, ФЧХ и ПХ БУ представлены в виде:

|к(со)| = |к0(о))|[1+|лК(о>)|], Ф(ш) = ф0(о) + Дф(о), Л(/) = /1,(0+лЯ(0 + Мр(0. (1) где ДЛД/) И Дйф(/) - нормированные изменения в ПХ, вызванные изменениями АЧХ и ФЧХ. Сравнение быстродействия устройств с разными формами частотных характеристик проводится по разнице ДЛ;.(/), АИф0) между исходными, Л(Г) и оптимальными Ио(0 ПХ.

В качестве критерия оптимальности характеристик выбрано минимальное среднеквадратичное отклонение между спектрами входного и выходного сигналов, что обусловлено ограниченной полосой пропускания реальных элементов и спадом амплитуды спектральных составляющих реальных сигналов с ростом частоты. Полученные оптимальные характеристики соответствуют характеристикам идеального фильтра нижних частот (ФНЧ), приведенным на рисунке 1.

I У—-

, / /

■—/

а- Ът а а*2*

о», а>

а б

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

Подобные формы характеристик представлены в работах О.Б. Лурье, как идеализированные, физически нереализуемые.

Для определения допустимых отклонений при реализациях характеристик на основе интегрального преобразования Фурье получены выражения, связывающие изменения частотных характеристик и ПХ в выражении (1)

</й>

0

•(¡СО'

(2)

В результате аппроксимации рядом Фурье изменений АЧХ и ФЧХ

со 00

|дК(П)| = а0 +^ст„С05Г„П и Др(П)= ^й„5тГ„П л=1 л=1

получены соответствующие изменения в ПХ

= йо ¥г>+\т.а^0<т + т")+V' - т")]' = =4 + Т„)-Й0(7-Г„)], (3)

п=1 £п=1

где Г = I ■ о А - нормированное время.

Величина отклонения ПХ определяется коэффициентами ряда Фурье, а задержка во времени - соответствует периоду аппроксимирующего частотные характеристики ряда Фурье. Точность реализации аппроксимирующего ряда Фурье определяется величиной и количеством членов ряда и может быть сколь угодно высокой. Изменения ПХ при отклонениях АЧХ и ФЧХ, аппроксимированных двумя членами ряда Фурье, приведены на рисунках 2 и 3.

ПТ 1 !

г Ги-'

1а

I'

—1 —

1Я1 а

-Т1 -тг о тг и 1 б

-г2

■п -тг о Т2 Т1 I в

ЛЫО)

Ь\

2

Рисунок 2. Изменения ПХ при отклонениях АЧХ

.3

.....21 У

1/Т,

Т: Т, -Т, -Г,

1ГГ2

а б в

Рисунок 3. Изменения ПХ при отклонениях ФЧХ

Ь г,

Минимально-фазовые характеристики связаны между собой преобразованием Гильберта, и по одной частотной характеристике можно определить другую характеристику. Разложением в ряд функции 1п|1 + ДК(й>)| при условии АК(со)«1 получена связь между изменениями АЧХ и ФЧХ:

Дф(га,) = — [ -

71-00со -со,

Подстановкой в это выражение АЧХ в виде (2) получено выражение, описывающее ФЧХ:

00

Дф(П) = -£а бшГ.П • п=1

Суммарные отклонения ПХ в МФ устройстве, в соответствии с выражением (3):

ДЛАГ^(0 = ДЛДГ) + ДЛр(Г)= £ОА(' -Т.) ■

(4)

п=1

После выполнения аналогичных операций получено соотношение, связывающее ПХ с изменениями ФЧХ:

= (5)

л=1

Как следует из (4) и (5), в МФ цепях отсутствует реакция в ПХ перед передним фронтом. Выражения (1), (2), (3), (4) и (5), описывающие изменения характеристик, являются математическими моделями быстродействующего устройства.

Новые научные результаты, полученные в первой главе

1. Получены соотношения, связывающие изменения в ПХ с изменениями ЧХ. Показано, что величина изменения ПХ определяется коэффициентами, а задержка во времени - периодом ряда Фурье, аппроксимирующего изменения ЧХ. В связи с ортогональностью ряда Фурье, действие каждой составляющей ряда на ПХ можно рассматривать независимо.

2. Установлено, что характерной особенностью устройства с оптимальной ПХ является наличие отрицательного выброса перед передним фронтом, ликвидирующего затянутый начальный участок ПХ.

3. Предложены математические модели на основе ряда Фурье с конечным количеством членов, позволяющие описывать частотные и временные характеристики БУ с достаточной точностью.

Во второй главе рассмотрены требования к моделям устройств пикосекундного диапазона и предложены математические и структурные модели линейных устройств пикосекундного диапазона. Исследованы изменения амплитуды и фазы спектральных составляющих входного сигнала в модели, установлены условия появления НФ характеристик. Рассмотрена аппроксимация ГТХ с помощью единичной дискретной функции, позволяющая минимизировать количество элементов модели. Приведены примеры составления структурной и математической модели по ПХ и результаты расчета характеристик разработанных схем.

Предложенные выше математические модели представлены структурными моделями отображающими математические операции разделения входного сигнала на п каналов; усиления или ослабления входного сигнала в соответствии с коэффициентами ап и Ьп; задержки во времени на величину Т„ и суммирования сигналов с п каналов (рисунок 4). 1

4 о

-<

-»{я»]—

Ш

1 Т,

—> <!} —» Тг £

—* г*ш ——>

Рисунок 4. Структурные модели изменения ПХ и спектра

При расчете спектра выходного сигнала по модели, приведенной на рис. 46, получена

структурная модель изменения спектра сигнала в устройстве. При

т 00

| к (_/со)| = 1+ |дК(й))| = \ + ивходном сигнале = ■е1"^'*4'", в случае

А=1

равномерного входного спектра, получен спектр выходного сигнала

/,=-* А=1 /,=1 А«1 п—4

Структурная модель изменения спектра сигнала приведена на рисунке 5а, векторное представление этого спектра - на рисунке 56.

Рисунок 5. Структурная модель (а) и векторное представление (б) спектра сигнала

На каждой частоте соп длина вектора 5„ является геометрической суммой т векторов, образованных при прохождении каждой составляющей сигнала через т каналов в устройстве. Каждый вектор п имеет дополнительный неминимально-фазовый сдвиг, определяемый

коэффициентами аъ и задержками Тк.

Составление модели можно значительно упростить при использовании временных характеристик. В качестве ортогональной функции во временной области используется единичная дискретная функция (временное окно):

¡1:1е[Ш; 0+ 1)м] [/А/;(7 + 1)А(]'

Для аппроксимации с помощью единичной функции исследуемая временная характеристика разбивается на п участков длительностью А/ и с помощью функции (2,(1) последовательно

определяются значения переходной характеристики в виде /г1+1(/) = й.(/) + ДЛ.(/), где

ДА.(() = (I) - к.(г) — изменение переходной характеристики во временном интервале г -5- /+1.

Пример составления математической модели ПХ, приведенной на рисунке 6а:

Соответствующая математической структурная модель ПХ приведена на рисунке 66.

4(0

О 7*! Г, Г3

»РЛ-»

б

Л(0

Рисунок 6. а - ПХ: 1 - входного сигнала Л^(г), 2 — выходного сигнала а2наз- изменения ПХ ; б - структурная модель устройства

На рисунке 7 приведена электрическая схема трехканальной КЦ и результаты расчета изменения ПХ АИ^) при изменеших коэффициентов а ¡-аз и задержек Т2,Тз.

Рисунок 7. а -схема трехканальной КЦ, результаты расчета ПХ I): б - при изменении масштабных коэффициентов а ¡-аз в - изменении задержки Гг, Тз Масштаб по горизонтали 1 нс/дел, по вертикали 0,1В/дел.

Новые научные результаты, полученные во второй главе

1. Разработаны математические и структурные модели линейных устройств пикосекундного диапазона, позволяющие учитывать распределенные свойства элементов БУ.

2. Исследованы изменения амплитуды и фазы спектральных составляющих сигнала при прохождении через БУ и условия появления НФ свойств в многоканальных моделях.

3. Доказано, что при проектировании БУ по временным характеристикам количество элементов модели минимально

4. Показано, что разработанные математические и структурные модели позволяют определить влияние каждого элемента модели на ПХ устройства и спектр выходного сигнала.

В третьей главе рассмотрена коррекция частотных и переходных характеристик пикосекундных БУ. Определены условия физической реализуемости (УФР) неминимальнофазовых характеристик. Разработаны математические и структурные модели КЦ на основе отрезков линии передачи с неоднородностями, получены соотношения для расчета элементов КЦ. Показаны преимущества проектирования КЦ по временным характеристикам.

Для коррекции характеристик используется компенсация отклонений |д/е(а>]|, Д<р(со), АИф) и

АЬ9(1) в выражении (1) путем введения противоположного по знаку отклонения с помощью КЦ. Возможные варианты включения КЦ показаны на рисунке 8.

а б в

Рисунок 8. Способы включения КЦ: а — последовательное включение, б - параллельное включение, в - включение по схеме с обратной связью

Действие КЦ на ЧХ определяется для каскадного соединения устройства и КЦ:

Иг Н = ИН ^ = + •

Характеристики КЦ, при включении последовательно, параллельно и в цепь обратной связи, соответственно определяются из выражений

bill,,/. МФИН-^Н

Основным критерием выбора способа включения КЦ является минимальное количество элементов, необходимое для реализации характеристик с заданной точностью. Если одна КЦ получается сложной, то изменение характеристики разбивается на несколько частей: (щ)| = (со)| • |Кк1 (со)) • (е>)|, со своим способом включения КЦ.

В пикосекундном диапазоне используются линии передачи с неоднородностами, приведенные на рисунке 9, действие которых эквивалентно многоканальным КЦ.

Генератор

Нагрузка

г. Л А г, Генератор Яо rt г, Гг Гг Нагрузка

_ 'з, К. 1? К

а б

Рисунок 9. Корректирующая цепь: а - параллельная, б - последовательная, расстояние от входа линии до соответствующей неоднородности

Расчет коэффициента отражения от параллельной КЦ Д/'ш) и коэффициента передачи

последовательной КЦ К{/ы) без учета вторичных отражений производится по известным соотношениям:

т т

Аую) = г0(ю)+£гр0а>)ехр(-ууг,), КЦ<й) = 1 + ГЛа) + £ Г^Сус^ехрС-ур^) • р=1 р=1 Коррекции характеристик БУ происходит при выполнении условий:

ап=~грО'®); Ть=2пхр-Для получения линейной ФЧХ используются фазовые корректоры. На рисунке 10 показано влияние настройки фазового корректора первого порядка на ФЧХ и ПХ при оптимальной АЧХ.

Ф-

4 Р- 1-

* -4 1—

4 / =*»/

0 0.2 0,4 0.6 0.8 а,ед -8 -4

а б

Рисунок 10. Нелинейность ФЧХ и ее влияние на ПХ: а - изменения ФЧХ; б - изменения ПХ:1 - без коррекции, 2 — К0 = = 1;

3 - К0 =я,1» = 1;4 - К0=У2,т= 1

Принятые обозначения: ЯЬ— коэффициент передачи МФ звена; С2 = ш/ю, - нормированная частота; т = со.т - параметр настройки фазового корректора; сов - верхняя частота МФ звена.

Введение фазового корректора позволяет минимизировать время нарастания и получить форму ПХ, близкую к оптимальной.

Возможность реализации КЦ с нужными характеристиками проверяется выполнением УФР. При МФ характеристиках выполнение УФР можно проверить по любой частотной характеристике. Обычно проверяется выполнение критерия Пэйли-Винера для АЧХ:

г <00.

-да 1 + со2

Критерий показывает, что за полосой пропускания АЧХ должна спадать со скоростью большей, чем 40 дБ/дек. При использовании предложенных моделей проверка выполнения УФР проводится по значениям коэффициентов ряда Фурье. Необходимо, чтобы, начиная с «-го члена ряда, выполнялось условие: ап /а, < 1/п2, 6„ / ¿, 2 1/п~.

При проверке УФР во временной области определяются выполнения условий устойчивости,

||Л(0 |<Л<<» и причинности, Л(/)=0 при (<0. Из (3) и (4), следует, что в НФ цепях не

выполняется условие причинности. При реализации НФ характеристик в устройство вводятся дополнительные линии задержки со временем задержки Т>Т1У где Г, - период первого члена ряда Фурье, аппроксимирующего частотные характеристики. В результате ликвидируется появление выходного сигнала раньше входного.

Синтез элементов КЦ по временным характеристикам производится путем последовательного выполнения следующих операций.

1. Определяется изменение в ПХ, которое должна обеспечить КЦ. Характеристика КЦ определяется как разница между проектируемой характеристикой и исходной характеристикой

2. В соответствии с протяженностью корректируемого участка ПХ выбирается интервал аппроксимации действия КЦ /д-

3. Проводится аппроксимация характеристики КЦ с помощью единичной функции Хевисайда 1 (М„), где время („ соответствует включению в действие соответствующего участка КЦ.

4. Составляется математическая модель, описывающая изменение ПХ корректирующей цепью:

К И=1

где а„ - нормирующий коэффициентов, определяемый величиной требуемого изменения ПХ.

5. Проверяется УФР аппроксимированной ПХ

6. На основе анализа модели и удобства технической реализации выбирается способ включения и составляется структурная схема КЦ.

7. По коэффициентам а„ и 1п и таблицам, описывающим изменения ПХ базовыми элементами, составляется принципиальная схема и проводится расчет элементов КЦ.

Универсальность предложенных моделей позволяет проектировать КЦ для взаимной коррекции характеристик неэлектрической природы. На рисунке 11 приведена форма импульса тока, корректирующего передний фронт оптического импульса инфракрасного (ИК) диода.

1нак 3,01тах

2,01т«

1,0 1тах

0 0,5 1.0 1,5 и«

Рисунок 11. Форма импульса тока питания

Импульс питания подобной формы позволяет вдвое уменьшить время нарастания переднего фронта оптического импульса. Малое время заряда повышенным током практически не меняет температуру кристалла и надежность диода.

Новые научные результаты, полученные в третьей главе

1. Разработаны математические модели многоканальных КЦ и их аналогов на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями, получены математические выражения, связывающие параметры цепей с характеристиками устройств.

2. Показано влияние изменения ФЧХ на ПХ. Установлено, что минимальное время нарастания ПХ обеспечивается при линейной ФЧХ.

3. Предложены КЦ с распределенной структурой, позволяющие проектировать и реализовывать оптимальные характеристики в устройствах пикосекундного диапазона.

4. Рассмотрен порядок синтеза элементов КЦ по временным характеристикам.

5. Показано применение КЦ для взаимной коррекции формы выходного неэлектрического сигнала.

В четвертой главе рассматривается определение элементов моделей БУ и КЦ. Выведено условие эквивалентности по переходным характеристикам НФ устройств с разными частотными характеристиками, приведены соотношения по определению НФ сдвигов.

Возможное включение неоднородностей в линию передачи показано на рисунке 12.

_гцт)_

в„д фг(/а>) ¿Уз

Рисунок 12. Включения неоднородностей в линию передачи

Частотная зависимость 7.{]а>) или К(/й>) определяется по коэффициенту отражения Г(/а>):

Характер неоднородности определяется по временной зависимости коэффициента отражения, типовые зависимости приведены на рисунке 13.

на-

а б

Рисунок 13. Временные зависимости коэффициента отражения: а - от реактивностей в линии передачи: 1 - от параллельной емкости, 2 - от последовательной индуктивности, 3 - от последовательной емкости, 4 - от параллельной индуктивности, б - от волнового сопротивления или нагрузки: 1 - при р\> р, или Я > р, 2 - при р\<р или Я<р

Величины параллельно подключенной емкости или последовательно включенной индуктивности в линии передачи определяются по известным выражениям:

С = 2-

£ = 2р-'фр -Со-

временная зависимость коэффициента отражения при изменении волнового сопротивления р[ или нагрузки Я приведена на рис. 136, величина элементов определяется по выражениям:

1 + {/„ 1 + йа

!-£/„ 1 ~и0

Длина отрезка линии передачи до места включения неоднородности с номером / определяется по времени задержки до отраженного от неоднородности сигнала Vотр (/ — )

2 4е

где С - скорость света в свободном пространстве, £ - диэлектрическая проницаемость линии. Для плавного изменения ПХ меняется волновое сопротивление КЦ Ар(1)/ра = 2Акк,

где 1 = 21/с4е .

На рисунке 14 приведены эквивалентные схемы типовых КЦ и результаты расчетов ПХ.

^ Д=Р

в.. РЛ сф РЛ М)

Вид Р,/,

Д=Р,

ръЬ

а

Л 1/—

м ■

Рисунок 14. Эквивалентные схемы КЦ параллельного типа и расчетные формы ПХ, Р=Р1=100 Ом, р2=150 Ом, задержка в и и 12 по 200 пс, /фр=100пс, С= 1 пф, Ь =10 нГ. Масштаб по горизонтали 1 нс/дел., по вертикали 0,5В/дел

При НФ ФЧХ одинаковые ПХ могут иметь устройства с различными частотными характеристиками. Условие эквивалентности по ПХ устройств 7 и у с разными АЧХ и ФЧХ следующее:

| соэ (р! {ю)+сЩвЯ яш (р! (со)

\кЩкЫ-

I I I у 11

I соъф^а^+^аЯзтф^со)

При обработке сигнала раздельный анализ МФ и НФ части фазовой характеристики позволяет устранить проблему неоднозначности характеристик. Для этого анализируется частотная характеристика каскадного соединения МФ ^„„„(у®) и НФ Кнеу(]со) частей устройства, рисунок 15.

Рисунок 15. Каскадное соединение минимально-фазовой Кмш(]а) и неминимально-фазовой 'со) части устройства,

=Ктииа>)-КкеМ'») = \К^(а>)\-е^ V™«"

Изменения спектральных составляющих МФ частью устройства определяется формой АЧХ и соответствующей ей фазовой характеристикой. Для определения НФ части ФЧХ разделяется на МФ и НФ части через преобразование Гильберта:

_ 1 1

о-и,

Фд,(Ь>) =

•г/со, •

• ^»-(»^.(.я (о) А", (усо) = --1-= с

|АГОш)| ■ е

НФ часть ФЧХ описывает пространственно-временные свойства исследуемых устройств (объектов) и является их важнейшей характеристикой.

Новые научные результаты, полученные в четвертой главе

1. Показана возможность определения элементов моделей корректирующих цепей и устройств на основе декомпозиции характеристик при использовании аппроксимирующего ряда Фурье.

2. Получены соотношения, позволяющие определить значения элементов КЦ и устройств по их математической и структурной модели.

3. Исследована проблема неоднозначности переходных характеристик устройств с НФ характеристиками и приведен алгоритм определения НФ части ФЧХ.

В пятой главе показано применение разработанных моделей для решения различных задач. Рассмотрены реализации НФ характеристик в пикосекундном диапазоне, повышения выходного напряжения в БУ. Приведены схемотехнические реализации и конструкции БУ с оптимальными характеристиками: пикосекундных усилителей, формирователей и генераторов импульсов с пикосекундными фронтами, устройств управления коэффициентом передачи и других устройств. Обосновано применение разработанных моделей при решении различных исследовательских задач: при поиске повреждений трубопроводов, разработке активно-импульсных телевизионных систем, при подповерхностном зондировании.

Для реализации НФ свойств используется двухканальное устройство с однонаправленным каналом и пассивньм широкополосным каналом. Структурная схема такого устройства приведена на рис. 16а, а вариант ее схемотехнической реализации на полевом транзисторе с барьером Шоттки (ПТШ) - на рис. 166. Появление выброса перед фронтом ПХ, описываемой выражением

й(0 = \ (0 + ДА, (0 = а,/,(0 - а^ - Т),

поясняет рисунок 16в.

ко

Г^Г

в*.

ад

V —к-

V

______________оц, ¡,-т

а б в

Рисунок 16. Схемы и ПХ неминимально-фазового устройства: а - структурная схема; б - эквивалентная схема; в - переходная характеристика: 1 - ПХ входного сигнала И(1), 2 - ПХ на выходе прямого канала, а\И(1), 3 - ПХ на выходе инверсного канала, а2к(1-Т) 4 - результирующая ПХ, кс,(1) Коэффициент передачи сигнала в первом канале ау зависит от номинала резистора Л, во втором канале, а2 - от коэффициента передачи транзистора УТ с обратной связью (ОС). В области средних и нижних частот действие резистора К проявляется как обычная отрицательная параллельная ОС. Величина НФ сдвига определяется по векторной сумме коэффициентов передачи по прямому и обратному каналам и зависит от величины резистора Л, коэффициента передачи транзистора и фазового сдвига, определяемого длиной линий передачи.

На рисунке 17 приведена эквивалентная схема и результаты моделирования ПХ при различной длине линий задержек 1Х, /2 .

УТ АП602А

Ез.

10О

-о

л

1®Ьм

X

ь

1боОм

1

V :

I 1

а б

Рисунок 17. Влияние длины линий задержек на ПХ: а - эквивалентная схема устройства, б - результаты расчета ПХ: 1 - задержка 100 пс, 2 - задержка 200 пс, 3 - задержка 300 пс, 4 - задержка 500 пс.

Масштаб по горизонтали 1 нс/дел., по вертикали 0,5В/дел

При задержке импульса в цепи транзистора, превышающей длительность переднего фронта импульса, перед фронтом появляется выброс, в соответствии с (3) свидетельствующий о НФ свойствах устройства.

Реализация предельного быстродействия усилителей связана с двухсторонним согласованием активных элементов в области верхних частот (ВЧ), выравниванием АЧХ и линеаризацией ФЧХ в широком диапазоне частот. Наличие любого реактивного элемента при учете линейных размеров элементов приводит к дополнительному сдвигу ФЧХ и отражению части сигнала. Поэтому в пикосекундных устройствах из-за необходимости обеспечения малой длины согласующей цепи используются КЦ не выше второго-третьего порядка..

Значения элементов и структура входной и выходной согласующих цепей для реализации предельных усилительных способностей транзистора выбраны из условия комплексного согласования. Для расчета характеристик используются программы оптимизации, цель которых -обеспечить в области ВЧ номинальный коэффициент усиления

|5г||Ч1-1Г,|2)(1-|Г2Г) ¡-/^„-Г^+Д-Г.Г, * где 5л, 5*12, Д = 5,,522 — 5,- параметры матрицы рассеяния транзистора, Г\и Гг-

коэффициенты отражения со стороны источника сигнала и нагрузки.

С.....=-

Проектирование БУ с оптимальными характеристиками включает в себя следующие этапы:

1. Согласование входного и выходного импедансов активного элемента на ВЧ для получения максимального коэффициента передачи.

2. Выравнивание АЧХ каскада на СЧ и НЧ с помощью рассогласующих, выравнивающих цепей или цепей обратной связи.

3. Линеаризация ФЧХ, которая осуществляется введением НФ цепи.

Выполненные расчеты не гарантируют получение оптимальных характеристик из-за сложности проектируемого усилителя, наличия неучтенных паразитных связей, влияния на характеристики конструктивных особенностей отдельных элементов и конструкции усилителя в целом. Требуется несколько итераций с постепенным приближением характеристик к оптимальным.

Схемы разработанных модулей с рассогласующими и выравнивающими цепями приведены на рисунке 18.

а б

Рисунок ^.Принципиальная схема усилительного модуля: а - с рассогласующими цепями, б - с выравнивающими цепями

В первом модуле для выравнивания АЧХ используются комбинация рассогласующих ЯС и согласующих ЬС цепей. С помощью согласующей цепи (СЗ и входной ¿С цепи транзистора) реализуется максимальный коэффициент усиления в области ВЧ. В области нижних и средних частот выравнивание АЧХ производится цепью К2С1, отражающей часть сигнала от входа транзистора.

В схеме модуля с выравнивающими цепями для уменьшения неравномерности АЧХ используются уменьшение величины эквивалентной нагрузки в области НЧ и СЧ путем выбора величины стоковых резисторов Ю, Я5. В области ВЧ максимальный коэффициент передачи обеспечивает согласующая цепь в виде однозвенных ФНЧ Ь2,С4 и Ь6,С8.

Во входном каскаде для снижения коэффициента стоячей волны (КСВ) используется включение маломощного транзистора по схеме с общим затвором (ОЗ). Схема входного модуля приведена на рис. 19а.

Максимальная амплитуда выходного напряжения модулей ограничена низким напряжением барьера Шотгки, остаточным напряжением канала транзистора и не превышает 2,5В. Для повышения выходного напряжения используются биполярные транзисторы, включенные по схеме с ОБ. Сочетание полевого и биполярного транзисторов обеспечивает развязку между входом и выходом, большой коэффициент усиления и отсутствие эффекта Миллера. Схема выходного модуля приведена на рисунке 196, а топология расположения элементов схемы - на рисунке 19в.

<г> я <г> с, Я о

н Й 3

¿У 1 1 —

до

Рисунок 19. Принципиальные схемы: а - входного модуля, б - выходного модуля, в — топология выходного модуля

В приведенной на рисунке 20а схеме универсального усилительного модуля реализуется каскадное соединение МФ и НФ звеньев, обеспечивающее оптимальные характеристики. Модуль используется в промежуточных каскадах усилителей с большим коэффициентом усиления

Р

Рисунок 20. Универсальный усилительный модуль: а - принципиальная схема, б - конструкция модуля В качестве МФ звена используется однокаскадный усилитель на транзисторе УТ2, выполненный по схеме с общим истоком (ОИ) с использованием согласующих цепей {14, С2, Ь5, СЗ) и выравнивающей цепи {13, Я2). Коррекция фазы производится звеном с НФ ПФ, описанным выше. Звено отличается реализацией цепи задержки сигнала, выполненной на сосредоточенных элементах L1.C1.L2. Конструкция модуля приведена на рис. 206.

Основные технические характеристики разработанных модулей приведены в таблице 1.

Схема модуля, номер рис. Коэфф. усиления, дБ Полоса пропускания при неравномерности АЧХ±1,5дБ. ГГц Время нарастания ПХ, пс КСВН входа (максимум) КСВН выхода (максимум)

18а 6 0,00005-5,5 70 5,0 2,5

186 8 0,00015-6,0 60 4,5 2,5

19а 4 0,0002-4,5 80 2,0 2,5

20а 7 0,0001-7,0 50 3,5 2,5

а б

Рисунок 21. а - АЧХ и КСВ усилительных модулей: 1 - КСВ модуля по рис. 20а, 2 - КСВ модуля по рис. 19а, 3 - АЧХ модуля по рис. 20а, 4- АЧХ модуля по рис. 22в, 5 - АЧХ выходного модуля по рис. 19, 6 - АЧХ усилителя на двух модулях по рис. 20а б - конструкция усилителя на двух модулях по рис. 20а Для изменения разрешающей способностью различных устройств или коррекции затухания требуется управление фронтом импульса. На рисунке 22 приведены эквивалентные схемы модулей, позволяющих управлять фронтом ПХ. Усилительный канал выполнен на транзисторе УТ2 с согласующими цепями: входной - Ы,С, выходной - ¿2, Свых. Корректирующий канал собран на транзисторе УТ1 с регулируемым сопротивлением канала сток-исток. С ростом частоты глубина отрицательной частотно-зависимой ОС может увеличиваться (схема на рисунке 22а), или уменьшаться (рисунок 226), в зависимости от схемы включения транзистора УТ1.

Формы АЧХ и КСВН входа разработанных модулей приведены на рисунке 21а, конструкция усилителя на двух универсальных модулях - на рисунке 216.

Uyap

Рисунок 22. Схемы модулей с управляемым фронтом: а -с уменьшением крутизны фронта, б -с увеличением крутизны фронта; в - принципиальная схема модуля с увеличением крутизны фронта Использование регулируемой ОС позволяет уменьшить неравномерность коэффициента передачи и управлять формой АЧХ. Модуль, схема которого приведена на рисунке 22в, обеспечивает неравномерность АЧХ не более ±0,5 дБ в полосе частот 7 ГГц, (рисунок 21а).

Сохранение оптимальных форм АЧХ и ФЧХ при регулировке коэффициента передачи усилителя является сложной задачей. На рисунке 23а приведена схема регулировки коэффициента передачи путем уменьшения напряжения на стоке транзистора при фиксированном токе стока. В таком режиме работы диапазон регулировки коэффициента передачи расширяется благодаря уменьшению сопротивления насыщения транзистора.

а б

Рисунок 23. Эквивалентные схемы: а - усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, б - усилителя со сложением напряжений Для повышения выходного напряжения усовершенствована схема каскада со сложением напряжений от нескольких транзисторов. Низкое быстродействие обычного каскада с последовательным сложением напряжений обусловлено фазовым сдвигом в высокоомном канале ОС. В разработанной схеме (рис. 236) величина резистора Roc уменьшается благодаря протеканию через него тока коллектора транзистора VT3. Выравнивание времени задержки сигнала ОС на базе транзистора VT4 относительно сигнала в эмиттере производится включением дополнительной линии задержки, роль которой выполняет транзистор VT2.

Для управления формой сигнала необходимо изменение знаков коэффициентов ряда Фурье. В пикосекундном диапазоне применение коммутаторов для изменения полярности сигналов приводит к изменению задержек и изменению формы сигналов. Для управления полярностью сигнала в разработанных устройствах используется свойство симметрии структуры затвор-исток и затвор-сток ПТШ. В зависимости от полярности питания выбирается схема включения транзистора, либо инвертирующая с ОИ, либо не инвертирующая с общим стоком. При этом коммутатор полярности исключается из высокочастотного тракта передачи сигнала.

Основное отличие линейных формирователей импульсов от рассмотренных выше линейных усилителей, передающих сигналы с минимальными искажениями, заключается в существенном преднамеренном изменении спектра выходного сигнала по сравнению со спектром входного сигнала. Формирование импульсов основано на линейном преобразовании спектра исходного сигнала путем выбора соответствующей формы АЧХ и ФЧХ устройства. При значительных изменениях формы ПХ и, соответственно, больших коэффициентах ап в моделях и расчетах формирующих цепей можно использовать материалы разделов 4.5 и 4.6 с учетом вторичных взаимодействий между элементами КЦ.

Вторым способом линейного формирования импульсов является накопление энергии в реактивных элементах или линиях передачи с последующей коммутацией в нагрузку с помощью быстродействующих ключей. Схема формирователя с разрядной линией приведена на рисунке 24.

12 3 4

ич

2 3

а б в

Рисунок 24. а - схема формирователя импульсов с разрядной линией, б - форма импульса при /р0 > 1, в - форма импульса при Ян /р < 1 После коммутации неоднородной линии р(I) ключом К на нагрузке Ян формируется выходной импульс напряжения

ин(о=и0ян/{р(о+ян),

где ^ = -

", 1вых - расстояние от выходного конца коммутируемой линии; е - относительная

диэлектрическая проницаемость линии.

При рассогласовании разрядной линии с нагрузкой Ян возникают многократные отражения импульсов, показанные на рисунке 246,в.

В качестве быстродействующих коммутаторов применяются транзисторы с малым сопротивлением насыщения и лавинные диоды. На рисунке 25 приведены схема и конструкция формирователя импульсов на лавинном диоде, применяемые в генераторах различного назначения.

ига*

Г®

г-4 т АЛ'ЗД

' М Ш

Бых

ф ^ —е<д™».

эо

Рисунок 25. Формирователь импульсов на лавинном диоде: а - принципиальная схема, б - конструкция Сочетание лавинного режима работы со сложением напряжений транзисторов позволяет получить выходные напряжения в сотни вольт при длительности фронта в единицы наносекунд при использовании сравнительно низкочастотных транзисторов. На рисунке 26 приведены схема, конструкция и форма выходного импульса генератора для подповерхностного радиолокатора.

УТ2 КТ315

УТЗ КТ315

I X"

.......2......

- \

а б в

Рисунок 26. Схема лавинного формирователя (а), его конструкция (б) и форма выходного импульса (в). Масштаб по вертикали 50 В/дел, по горизонтали - 2 нс/дел

Для повышения надежности работы формирователя используется схема параллельного питания транзисторов. При отсутствии входного импульса конденсаторы С2, С4, С5 заряжены до напряжения питания, близкого к напряжению лавинного пробоя. При подаче входного импульса, компенсирующего запирающее напряжение, происходит лавинный пробой одновременно всех транзисторов. Суммирование напряжений от трех транзисторов позволяет получить амплитуду импульса более 400В на нагрузке 50 Ом при длительности фронта 1,5 не (рисунок 26в).

Импульсные источники питания (ИИП) являются разновидностью формирователей, работающих на специфические нагрузки. ИИП должны обеспечивать минимизацию времени переходного процесса при индуктивном, емкостном или комплексном характере нагрузки.

По назначению и характеру нагрузки ИИП условно можно разделить на следующие.

1. Источники, обеспечивающие минимизацию времени переходного процесса при работе на нагрузки с индуктивной составляющей. Подобные ИИП позволяют значительно уменьшить влияния индуктивностей выводов подводящих проводников. Классическим решением является построение ИИП по схемам импульсных источников тока с максимальным выходным сопротивлением (более нескольких сотен Ом) при высоком уровне выходного напряжения.

2. Источники, предназначенные для работы на емкостные нагрузки. В источниках для уменьшения времени переходных процессов применяется режим заряда емкостей нагрузки большим током. ИИП строятся по схеме импульсных источников напряжения с минимальным выходным сопротивлением и выходными токами до нескольких сотен ампер.

3. ИИП для генераторов оптического и СВЧ излучения, обеспечивающие быстрое включение при фиксированных токах или напряжениях. В источниках для реализации оптимальной ПХ источника излучения применяются КЦ и изменение формы импульса питания для взаимной коррекции ПХ.

Разработанные схемы ИИП унифицированы и отличаются в основном построением выходных каскадов. Обобщенная структурная схема импульсного источника приведена на рисунке 27.

Запуск источника производится импульсом ТТЛ уровня от источника внешнего управления либо внутреннего генератора на основе синтезатора частоты. Устройство синхронизации вырабатывает импульсы для синхронизации ИИП с внешними устройствами. Электронная линия задержки предназначена для задержки выходного импульса относительно синхроимпульса для управления моментом запуска излучающего элемента. Формирователь длительности вырабатывает требуемую длительность импульса, драйвер преобразует ТТЛ импульс в импульс управления коммутатором.

Рисунок 27. Структурная схема импульсного источника питания Электрическая схема ИИП, обеспечивающего минимизацию переходного процесса при работе на нагрузки с индуктивной составляющей, приведена на рисунке 28.

Импульсы токов питания формируются коммутацией заряженной линии передачи лавинным диодом с высоким быстродействием. Для повышения выходного сопротивления источника последовательно с выходом подключается дополнительный резистор.

Запуск ИИП производится внешним импульсом ТТЛ уровня, подаваемым на вход формирователя длительности на логических элементах DDIh DD2. Драйвер для повышения тока запуска ключа на транзисторе VT собран на параллельных логических элементах, что позволяет уменьшить время переключения. Нагрузкой ключа является импульсный трансформатор, на выходе которого формируется импульс амплитудой 300 В, которым через ограничивающий резистор R8 заряжается линия передачи. Длительность импульса питания определяется длиной заряженной линии, а амплитуда - напряжением пробоя лавинного диода.

На рисунке 29 приведена конструкция линии передачи, позволяющая проводить коррекцию формы импульса питания подбором ширины линии и фотография ИИП

Рисунок 29. Конструкция выходной линии и фотография ИИП

Основные технические характеристики ИИП: о Длительность импульса питания 10 не. о Длительность фронта и спада импульса не более 0,3 не. о Амплитуда выходного тока на нагрузке 5 Ом не менее 5 А. о Напряжение источника питания 165-250В, 50 Гц.

Для уменьшения времени установления переходной характеристики импульсов питания при емкостном характере нагрузки применяется режим заряда - разряда емкостей нагрузки большим током. Оптимальным вариантом построения ИИП, позволяющим существенно уменьшить токи потребления, является использование динамического режима управления транзисторами выходного коммутатора, в результате которого токи от источников питания потребляются только во время формирования переднего и заднего фронтов импульса.

Разработанные схемы отличаются способом включения выходных транзисторов относительно источника питания. Эквивалентные схемы выходных каскадов приведены на рисунке 30.

а б

Рисунок 30. Схемы выходных каскадов с динамическим управлением : а - с параллельным включением транзисторов; б - с последовательным включением транзисторов

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт благодаря противофазным напряжениям на выходах драйвера DDI, напряжение на емкости Сн равно нулю.

Накопительный конденсатор С2 заряжен до напряжения источника питания. При подаче на вход драйвера DDI импульса происходит быстрое переключение транзисторов, в результате чего транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается. Емкость Сн быстро заряжается напряжением накопительного конденсатора С2 через открытый канал транзистора VT1. При условии С2»Сн напряжение на нагрузке равно напряжению источника питания. После окончания импульса схема быстро возвращается в исходное состояние благодаря быстрому разряду емкости нагрузки через открытый канал транзистора VT2.

Схема с последовательным включением транзисторов имеет меньший ток потребления благодаря исключению резистора, через который происходит подзаряд накопительной емкости. Недостатком схемы с последовательным включением является применение трансформатора в цепи управления транзистором VT1, ограничивающего длительность импульса питания.

Электрическая схема импульсного источника питания с динамическим режимом выходных транзисторов для активно-импульсных телевизионных систем (АИ TBC) приведена на рисунке 31.

Рисунок 31. Электрическая схема импульсного источника питания с динамическим управлением зарядом-разрядом емкости ФК Динамический режим управления зарядом - разрядом емкостей фотокатода (ФК) и микроканальных пластин (МКП) электронно-оптического преобразователя (ЭОП) обеспечивает уменьшение длительности фронтов импульсов питания ФК до 10 не при уменьшении до минимума тока потребления от источника автономного питания.

ИИП для генераторов оптического и СВЧ излучения обеспечивают быстрое включение нагрузки при фиксированных токах или напряжениях. Для мощных источников излучения разработаны ИИП с токами в десятки - сотни ампер. Принципиальная схема ИИП для ИК прожектора с оптической мощностью в сотни ватт приведена на рисунке 32.

С выхода генератора импульсов на элементах 002.3 и 002.4 снимается импульс синхронизации осциллографа. Через буферный каскад 001.1 импульс поступает на электронную линию задержки на 001.4, 001.3 и 001.2 и формирователь длительности на Б02.1 и 002.2. Драйвер ОБЗ формирует импульсы управления выходными транзисторами УТ1, УТ2, запертыми в исходном состоянии. Конденсаторы С8, С9, СЮ, С11, заряженные до напряжения питания, при отпирании транзисторов разряжаются через переход сток - исток транзисторов и нагрузку.

Для реализации оптимальной формы оптического импульса проведена тщательная отработка конструкции ИИП для минимизации паразитной индуктивности в цепи протекания тока.

Основные технические характеристики ИИП:

• Длительность формируемых импульсов 150 нс-50 мкс.

• Выходной ток не менее 300А на нагрузке 0,2 Ом.

• Длительности фронтов импульса тока не более 50 не.

Генераторы гигабитовых последовательностей импульсов применяются при проверке сверхбыстродействующих логических интегральных схем, в волоконно-оптических системах связи, при обработке цифровых сигналов. К ним предъявляют комплекс требований по диапазону частот повторения, по управлению длительностью, амплитудой, уровнем постоянного смещения. Основные узлы гигабитовых формирователей строятся на основе усилительных модулей, которые выполняют функцию двустороннего ограничения и линейного преобразования спектра сигналов. Оптимальная форма выходных импульсов позволяет получить предельно возможную частоту следования импульсов. Формирователь на основе универсального усилительного модуля (рисунок 20) имеет частоту повторения выходных импульсов от 1 до 3 ГГц при длительностях переднего и заднего фронтов менее 70 и 90 пс; максимальную амплитуду выходного сигнала 2,5 В на нагрузке 50 Ом; диапазон регулирования выходного напряжения 20 дБ; диапазон регулирования напряжения базового уровня от 0 до ±2,5 В.

Для расширения динамического диапазона устройств регистрации и обработки коротких одиночных и редко повторяющихся сигналов с широким динамическим диапазоном применяется многоканальное устройство, приведенное на рисунке 33. При задержках Т в линиях передачи больше длительности сигнала, как показано на рисунок 33а, на выходе сумматора появляется последовательность 1.....к сигналов с нормированной амплитудой, апивх, находящихся друг от

друга на расстоянии Г, где ах,а2,...ак - нормированные коэффициенты передачи каналов 1...К.

XI Н Л31

К» U ЛЭо

LL

КOMI If

п ' п

и±

~г

пзж*-! ' ключ -

т т т т_ _

а б

Рисунок 33. Устройство расширения динамического диапазона: а - временная диаграмма работы, б - структурная схема

Выбрав разницу между амплитудами сигналов в каждом канале, равной динамическому диапазону D регистрирующей аппаратуры, получим расширение динамического диапазона устройства в к раз:

U -a U U =а ,U = = ?Jl = dk

шах л ex > mm л-1 вх > ^ тт ■> •

• Uu»n Я„-,

Структурная схема устройства расширения динамического диапазона приведена на рис. 336. С выхода сумматора сигнал поступает на схему выделения нужной амплитуды, в которой последовательно сравнивается с минимальным и максимальным уровнями. При совпадении с динамическим диапазоном устройства обработки, выбранный сигнал через линию задержки JI3n+i, компенсирующей задержку схемы выделения нужного импульса, поступает на выход устройства.

Разложение характеристик на ортогональные составляющие в виде рядов Фурье является универсальным приемом по исследованию различных объектов. Характеристики исследуемых объектов (АЧХ, ФЧХ и ПХ) могут бьггь определены по результатам изменения спектра или формы сигнала при взаимодействии с неоднородностями исследуемого объекта. По аппроксимированным характеристикам составляется структурная модель объекта, элементы которой могут быть определены по приведенным выше соотношениям. Для перехода от элементов модели к свойствам и характеристикам объектов используются результаты экспериментальных исследований взаимодействия электрического сигнала с типовыми неоднородностями.

Проведены исследования по определению внутреннего состояния трубопроводов по результатам зондирования импульсами пикосекундной длительности. Высокочастотная часть спектра импульса с длиной волны, меньшей критической, распространяется в трубопроводе, как в волноводе, с небольшим затуханием. При изменении характеристического сопротивления трубопровода-волновода, вызванного участками коррозии, механическими повреждениями, сварными швами, микротрещинами, посторонними предметами, появляется отраженный сигнал, который регистрируется и идентифицируется.

Участки ржавчины изменяют условия прохождения токов смещения, что также вызывает отражения от неоднородностей. В отличие от изменения внутренних размеров трубопровода, участки ржавчины изменяют фазовые соотношения в спектре сигнала.

Для длины волны Х|=0,7Хкрно1 при точности измерения коэффициента отражения ДЛ(У=0,1%, характерной для современных приборов, получена разрешающая способность по изменению диаметра трубопровода 0,5 мм и дальности (размерам неоднородностей) 1,5 см, при длительности фронта зондирующего импульса 100 пс.

Для составления математической и структурной модели изменения волнового сопротивления трубопровода проводится аппроксимация отраженного сигнала внутри трубопровода в виде:

№ = Ы0+ 1>АС-тп)-

п= 1

Преимуществом предложенной модели трубопровода является наглядность и возможность независимого исследования отдельных участков трубопровода.

Для классификации характера неоднородностей отдельных участков трубопровода дополнительно исследуются спектральные изменения в отраженном сигнале путем выделения переходной характеристики анализируемого участка, преобразования Фурье, определения неминимально-фазовой части спектральной характеристики и сравнения со спектром зондирующего сигнала.

Экспериментальные исследования трубопроводов проводились на строящихся участках газопровода в Томской области, п. Мыльджино. Исследовались участки трубопроводов различной длины, от 11,3 м до 2 км. Исследования подтвердили возможность разработки прибора для экспресс-диагностики внутреннего состояния трубопроводов с обнаружением участков коррозии глубиной менее 1 мм, длиной менее 3 см в плети длиной 200-300 метров.

Предложенные модели применяются при разработке активно-импульсных телевизионных систем (АИ TBC). Недостаточный уровень освещенности контролируемого пространства, сложные метеоусловия (туман, дождь, снегопад), фоновые помехи, в том числе и искусственные, затрудняют или делают невозможным применение визуальных систем наблюдения. Для решения данной проблемы используется импульсный ИК источник подсвета и стробируемое телевизионное приемное устройство. Стробирование приёмника позволяет удалить фоновую составляющую видеоизображения, выделить только нужный объект наблюдения благодаря использованию метода пространственной селекции.

Освещение каждой зоны наблюдения производится отдельным импульсом, поэтому требуется непрерывное изменение амплитуды и формы импульса для адаптации источника подсвета к условиям наблюдения. Необходимая зависимость мощности источника подсвета от расстояния до зоны наблюдения определяется затуханием ИК сигнала. Разработанная модель отражает связь коэффициента обратного отражения ß с затуханием ИК-сигнала и применяется при проектировании телевизионных датчиков.

На рисунке 34 приведена структурная схема измерения оптических неоднородностей на

трассе наблюдения.

Лад ар ß„ эр, р2 Зона ваблодгшн

Л. к к К

Рисунок 34. Структурная схема измерения оптических неоднородностей: ß0-ß„ - коэффициенты обратного отражения, /0 .../„-расстояние до неоднородностей

С учетом связи между коэффициентом обратного отражения ß и коэффициентом затухания а=4iß по временной зависимости обратного отражения на трассе наблюдения строится зависимость коэффициента затухания среды:

00 п=1

Для обеспечения быстрой коммутации телекамеры и источника подсвета в АИ TBC применяются ИИП с токами в десятки-сотни ампер. Схема ИИП для включения ФК ЭОП приведена на рисунке 31, для управления ИК прожектором с повышенной мощностью - на рисунке 32.

Исследование подповерхностной среды методом радиолокационного зондирования за последние десятилетия получило широкое распространение. Непосредственное определение профильного изменения диэлектрической проницаемости среды (ДПС) путем анализа временной зависимости отраженного от неоднородностей среды сигнала, при применении сверхширокополосных сигналов и антенн, является некорректной задачей.

Причины следующие.

1. Как показано в главе 2, передаточная функция, описывающая характеристики сложных объектов, имеет неминимально-фазовые свойства. В результате одинаковые временные характеристики могут быть получены при различных сочетаниях АЧХ и ФЧХ. Проблема ликвидации неоднозначности решается путем введения в вычисления априорной информации, например, о структуре грунтов в районе исследований.

2. В сверхширокополосных антеннах диаграмма направленности, КСВН и коэффициент передачи имеют сложные частотные зависимости, учесть которые при обработке весьма сложно, а с учетом неизвестных подповерхностных горизонтальных неоднородностей, расположенных вблизи антенн и меняющих их характеристики, практически невозможно.

3. Характер отраженного сигнала зависит от высоты расположения антенны над исследуемой средой При горизонтальном перемещешга антенны в зоне исследований из-за неровностей поверхности изменяется высота расположения антенны над поверхностью, что приводит к дополнительному фазовому сдвигу спектральных составляющих, зависящему от частоты.

4. Сверхширокий спектр, многократные отражения от внутренних структур исследуемых объектов, многоканальное прохождение сигналов требуют обработки огромных объемов информации.

Возможность декомпозиции частотной характеристики устройства на составляющие в виде ряда Фурье, связанные с изменениями формы ПХ, позволяет разработать модели профильного изменения ДПС на основе измерения частотной характеристики отраженного средой сигнала. Частотная характеристика исследуемой среды определяется путем измерения модуля и фазы сопротивления узкополосных антенн на фиксированных частотах измерения.

Использование узкополосных антенн для исследования среды имеет следующие преимущества:

- узкополосные измерительные антенны позволяют получить достаточно точные частотные характеристики, недостижимые при широкополосной антенне;

- фазовая задержка сигнала до поверхности среды будет одинаковой на всех частотах при расположении антенн на оптимальной высоте;

- результаты измерений отраженной и падающей волны не зависят от амплитуды входного сигнала.

Полученная частотная характеристика аппроксимируется рядом Фурье с конечным

количеством членов. На основе аппроксимации составляется физическая модель среды в виде неоднородной линии передачи с переменным волновым сопротивлением, рассмотренная в главе 4. С учетом того, что изменение волнового сопротивления вызвано изменением диэлектрической проницаемости среды, определяется профильное изменений ДПС.

Спецификой подповерхностного зондирования реальных сред является наличие многократных отражений. При типовых значениях диэлектрической проницаемости сред от 2 до 20, зависящих от состава грунтов и влажности, величина коэффициента отражения может изменяться от 0 до 0,5 и более. Для обнаружения малоразмерных диэлектрических неоднородностей необходимо учитывать вторичные отражения. Для учета вторичных отражений предложено сравнивать изменения сигнала моделью с экспериментальными результатами исследований. Вторичные отражения определяются как разница между экспериментальными и моделируемыми характеристиками и учитываются включением в модель дополнительных каналов. После нескольких итераций получается модель, приближенно описывающая изменения ДПС. Погрешности вызваны следующими причинами:

- реальные среды не являются плоскопараллельными,

- ширина диаграммы направленности антенн зависит от длины волны,

- в реальных средах имеются существенные потери, вызванные затуханием в каждом слое и потерями при многократных отражениях внутри слоев.

Эти погрешности могут быть существенно уменьшены путем введения дополнительных масштабных коэффициентов, учитывающих параметры применяемых антенн и характеристик типовых исследуемых грунтов, составленных в виде базы данных на основе экспериментальных исследований.

Возможность определения ДПС по комплексным коэффициентам отражения эталонных полуволновых вибраторов, располагаемых над исследуемой поверхностью, подтверждена экспериментами, проводимыми в рамках совместных проектов ТУСУР и Международного исследовательского центра телекоммуникаций, излучения и радиолокации (1ЯСТЯ) при университете г. Дельфт, Голландия.

Новые научные результаты, полученные в пятой главе

1. Предложена реализация НФ характеристик в пикосекундном диапазоне на основе использования двухканального устройства с однонаправленным каналом.

2. Приведены практические схемы и конструкции пикосекундных усилителей, отличающиеся различными способами коррекции частотных и временных характеристик.

3. Рассмотрены возможности управления передним фронтом, коэффициентом усиления, полярностью выходного сигнала при реализации оптимальных характеристик БУ.

4. Разработаны основы проектирования формирователей с произвольной формой выходного сигнала. Предложены практические схемы и конструкции формирователей различного назначения.

5. Рассмотрено использование суммирования выходных напряжений от нескольких транзисторов для повышения выходного напряжения субнаносекундных БУ.

6. Показано применение предложенных математических и структурных моделей для решения различных народнохозяйственных задач.

В приложении приводятся акты внедрения и использования результатов диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен новый подход к решению проблемы получения максимального быстродействия радиоэлектронных устройств при использовании элементов с ограниченной полосой пропускания. Подход основан на декомпозиции характеристик устройства на ортогональные составляющие в виде ряда Фурье и анализе влияния каждой составляющей на характеристику. В результате были разработаны математические и структурные модели, которые легли в основу проектирования БУ пикосекундного диапазона.

По мнению автора, наиболее значимыми являются следующие результаты:

1. Выбраны оптимальные формы частотных и переходных характеристик и установлены связи между отклонениями частотных и временных характеристик аналоговых устройств как основы проектирования КЦ БУ с оптимальными характеристиками. Реализация оптимальных

характеристик позволила получить предельное быстродействие в условиях частотных ограничений.

2. Разработаны основы проектирования БУ пикосекундного диапазона с использованием декомпозиция характеристик устройства на ортогональные составляющие в виде ряда Фурье. Применение рядов Фурье для аппроксимации частотных характеристик БУ позволяет представить характеристики в виде суперпозиции периодических функций. Установлено, что величина изменения переходной характеристики определяется коэффициентами, а задержка во времени -периодами ряда Фурье, аппроксимирующего изменения частотных характеристик.

3. Предложены математические и структурно-функциональные укрупненные модели быстродействующих устройств, сохраняющие корреляционные связи между элементами моделей, внутренними структурами и характеристиками устройств. В моделях характеристики системы высокого порядка заменяются суммой характеристик простых и наглядных дискретных фильтров, элементы которых определяются по коэффициентам ряда Фурье.

4. Разработана методика расчета КЦ во временной области. Расчет по временным характеристикам позволяет получить оптимальные характеристики устройств без использования преобразования Фурье или Лапласа. Доказано, что расчет по временным характеристикам позволяет минимизировать количество элементов КЦ и сделать наглядным влияние элементов КЦ на характеристики. Минимизация количества элементов при проектировании по временным характеристикам обусловлена уменьшением количества интервалов аппроксимации переходной характеристики по сравнению с аппроксимацией частотных характеристик.

5. Показано, что получение оптимальных форм частотной, фазовой и переходной характеристик возможно только в цепях с неминимально-фазовыми передаточными функциями. Доказано через преобразование Гильберта, что устройства с оптимальной формой АЧХ при минимально-фазовой характеристике имеют нелинейную ФЧХ. Предложены реализации НФ КЦ для пикосекундного диапазона, основанные на соизмеримости времен задержек в элементах КЦ с длительностями сигналов.

6. Предложены новые структуры цепей для коррекции ПХ на основе отрезков линии передачи с дискретными неоднородностями и неоднородных линий передачи, получены математические выражения, связывающие параметры этих цепей с переходными характеристиками.

7. Достоверность теоретических положений диссертации подтверждена расчетами с использованием метода моделирования на ЭВМ и численных методов оптимизации. Предложенные технические решения опробованы экспериментально. Экспериментальные исследования проводились на метрологически обеспеченной приборной базе Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) и на стендах Томского НИИ полупроводниковых приборов (НИИПП), аттестованных и контролируемых представителем заказчика.

8. Эффективность применения предложенных моделей доказана разработкой основных устройств, определяющих характеристики быстродействующих систем: усилителей, генераторов, формирователей, корректирующих устройств, устройств управления амплитудой, фазой и других устройств с рекордными характеристиками. Разработанные устройства внедрены на ведущих предприятиях в различных приборах, установках, системах, стендах, защищены авторскими свидетельствами.

Выполненные в работе исследования имеют прямую практическую направленность. В результате выполнения работы решен ряд научно-практических задач по проектированию, изготовлению и внедрению в различные приборы и системы гибридно-интегральных устройств пикосекундного диапазона с оптимальными характеристиками. Разработанные в диссертационной работе основы проектирования БУ во временной области позволили существенно сократить объем вычислений, повысить эффективность и качество проведения НИР и ОКР при создании новых и модернизации существующих устройств и систем. Предложенные автором математические и структурные модели дают возможность учитывать влияние конструкции на характеристики сверхширокополосных и пикосекундных усилительных устройств, что существенно сокращает объем экспериментальных исследований, значительно снижает затраты материальных ресурсов и времени на отработку изделий. Практическая ценность разработки и внедрения пикосекундных

усилителей для народного хозяйства отмечена награждением автора бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Полученные в диссертационной работе результаты легли в основу новой учебной дисциплины «Аналоговые и цифровые быстродействующие устройства», читаемой студентам пятого курса специальности «Радиотехника» в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Следует отметить, что аппроксимация характеристик рядом Фурье является универсальным приемом по исследованию различных объектов, что показано на конкретных примерах. Разработанные математические и структурно-функциональные укрупненные модели, сохраняющие корреляционные связи между внутренними структурами и характеристиками исследуемого объекта являются определенным вкладом в общую теорию моделирования.

Личный вклад автора в полученные научные результаты

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

1. Совместно с Ильюшенко В.Н., научным руководителем кандидатской диссертации, предложен подход к анализу поведения сложных устройств с высоким порядком передаточных функций на основе декомпозиции частотных характеристик, исследована связь между отклонениями частотных и переходных характеристик, предложены многоканальные корректирующие цепи, разработаны способы формирования последовательности импульсов сложной формы. Автором предложены схемотехнические реализация НФ цепей в пикосекундном диапазоне, схемотехнические реализации пикосекундных усилителей, проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния конструкции на характеристики пикосекундных устройств.

2. Совместно с Титовым A.A., и Дьячко А.Н. исследованы способы увеличения выходной мощности субнаносекундных и широкополосных усилителей, получены схемотехнические реализации выходных каскадов БУ субнаносекундного диапазона.

3. Совместно с Якушевичем Г.Н. разрабатывались блоки для различной аппаратура, обсуждались особенности конструктивной реализации пикосекундных усилителей.

4. Совместно с Лапатиным Л.Г. разрабатывалась и внедрялась аппаратура для метрологических измерений характеристик различных импульсных источников излучения. Автором предложены схемотехнические решения, разработана конструкция ИК генераторов, формирователей и фотоприемных устройств.

5. Совместно с Вилисовым A.A., Пушкаревым В.П., Юрченко В.И. разрабатывались субнаносекундные формирователи импульсов питания мощных ИК прожекторов и генераторов на диодах Ганна. Автором предложены схемотехнические и конструкторские решения генераторов и мощных формирователей импульсов накачки.

6. Совместно с Задориным A.C., Замотринским В.А., Кругловым P.C., Литвиновым Р.В., Шибелыутом A.A. проводились исследование слоистых сред, обсуждались результаты исследований.

7. Совместно с Загоскиным В.В., Бацулой А.П., Шосгаком А. С., Кругловым И. С., под руководством Литхарда Л.П. проводились исследования подповерхностных сред с помощью узкополосных антенн. Автором проведено обоснование измерений комплексных характеристик и изготовлено измерительное оборудование.

8. Совместно с Цепелевым Г.М проводилась разработка и внедрение мощных пикосекундных генераторов. Автором предложены схемотехнические и конструкторские решения генераторов.

9. Совместно с Обихвостовым В.Д. разрабатывались и изготавливались усилители с управляемым усилением. Автором предложены схемы и топологии тонкопленочных усилителей.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах из перечня ВАК и приравненных к ним

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

2. Авдоченко Б.И., Лапатин Л.Г. Компенсация внутренних реактивностей нагрузки с использованием неминимально-фазовых цепей при формировании субнаносекундных импульсов

II Известия вузов. Физика. - 2006. -Т 49, № 9. - С. 129-131.

3. 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. - Вып. 8. - С. 52-57.

4. 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 - Вып. 8. - С. 68-77.

5. Авдоченко Б.И. Моделирование повреждений трубопроводов при зондировании субнаносекундными импульсами // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2010 - №2 (22). - Ч 2. - С. 142-146.

6. Obikhvostov V.D., Titov A.A., Iljushenko V.N., Avdochenko В. I. A picosecond DC amplifier // Instruments and Experimental Techniques. - 2003. - V.46, № 1. - P. 42 - 44.

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

8. Авдоченко Б.И. Моделирование уровня инфракрасного подсвета по трассе наблюдения телевизионного датчика // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. -2009. - № 2 (20). - С. 11-15.

9. 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.

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

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

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

13. Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н., Туев В.И., Ильюшенко В.Н. Наносекундный высоковольтный усилитель с коррекцией затухания в линии связи. // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника. - 1985. - Вып. 3. - С. 52-57.

14. Обихвостов В.Д., Ильюшенко В.Н., Дьячко А.Н., Авдоченко Б.И., Покровский М.Ю, Бабак Л.И. 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.

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

16. Шабаш A.B., Авдоченко Б.И., Прудаев И.А. Измерение задержки переключения S-диода от перенапряжения // Изв. вузов. Физика. - 2008. - Т 52, № 9. - С. 44-45.

17. Авдоченко Б. И., Коновалов В. Ф. Особенности блока питания для активно-импульсной телевизионной системы // Изв. вузов. Приборостроение. - 2010. - Т. 53, № 9. - С. 83-87.

18. Авдоченко Б.И., Вилисов A.A., Пушкарев В.П., Тепляков К.В., Юрченко В.И. Источник мощных оптических импульсов на диодах инфракрасного диапазона длин волн // Полупроводниковая светотехника. - 2010. - № 3. - С. 53-55.

19. Пушкарев В.П., Титов A.A., Авдоченко Б.И., Пелявин Д.Ю., Юрченко В.И. Импульсный СВЧ генератор на диоде Ганна // Электронная техника, сер. 1, СВЧ техника. - М.: Исток, 2010. - Вып. 3 (506). - С.38-46.

20. Titov A.A., Pushkarev V.P., Avdochenko В.I., Yurchenko V.l. A hing-pover pulse amplifier vor radar and navigationsistems // Instruments and Experimental Techniques. - 2009. - V. 52, № 4. -P. 536-538.

21. Пушкарев В.П., Титов A.A., Авдоченко Б.И., Артеменко С. М., Пелявин Д.Ю., Юрченко В.И. СВЧ модули на диоде Ганна для импульсной техники. // Изв. вузов. Физика. - 2010. -№9/2.-С. 251-255.

22. Титов A.A., Пушкарев В.П., Авдоченко Б.И. Мощный импульсный СВЧ генераторный модуль // Изв. вузов. Приборостроение. - 2010. - № 5. - С. 47-52.

23. Авдоченко Б.И., Задорин A.C., Замотринский В.А., Ильиных A.A., Круглов P.C., Литвинов Р.В., Шибельгут A.A. Восстановление диэлектрической проницаемости слоистой среды по частотной зависимости коэффициента отражения методом минимизации регуляризирующего функционала // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. -Томск: ТУСУР, 2007. -№1(15). -С. 5-9.

24. Шосгак A.C., Авдоченко Б.И., Загоскин В.В., Круглов И. С., Волегов К.А. Входной импеданс ультравысокочастотной линейной антенны, расположенной над трехслойной средой // Изв. вузов. Физика. - 2006. - №8. - С. 79-82.

Монографии

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

26. Авдоченко Б.И. Модели и структуры аналоговых устройств пикосекундного диапазона. Germany, Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing. - 2011. - 94 c.

Авторские свидетельства

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

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

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

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

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

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

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

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

Доклады на Международных конференциях в дальнем зарубежье

35. A.S. Shostak, V.V. Zagoskin, L.P. Ligthart, A.P. Batsula, V.N. lljushenko, B.l. Avdochenko, "Analysis of the mutual impedance of two linear dipoles as function of their height above the ground surface", in Proc. of the M1CON-2004 (MICROWAVE & RADAR WEEK in Poland), Warszawa, May 17-21,2004. ISBN: 83-906662-3-5. IEEE Catalog Number: 04EX824C.

36. V.V. Zagoskin, A.P. Batsula, V.N. lljushenko, L.P. Ligthart, A.S. Shostak, B.I. Avdochenko, "Influence of the dielectric properties of inhomogeneous soil on the dipole antennas' normalized impedance", 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.

37. V. V. Zagoskin, A. S. Shostak, В. I. Avdochenko, V. N. lljushenko, L. P. Ligthart, A. P. Batsula, N. A. Antonyuk, I. S. Kruglov, "Dipole antenna sensors for measurement of complex dielectric permittivity of soils and their application under field conditions", in Proc. of the GPR 2004, vol. 2, Delft, The Netherlands, June 21-24,2004, Vol. 2, pp. 731-734.

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

39. N. A. Antonyk, I. S. Kruglov, V. V. Zagoskin, L. P. Ligthart, A. S. Shostak, V. N. lljushenko, 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.

Доклады па Международных конференциях в России и ближнем зарубежье

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

41. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Уменьшение искажений формы пикосекундных сигналов при усилении и формировании // Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов. Материалы IV Республиканской НТК. - Вильнюс: ВНИИРИП, 1987. -С. 37-39.

42. 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.

43. Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И. Усиление, формирование и управление параметрами пикосекундных электрических сигналов // Третья Всесоюзная школа по пикосекундной технике: тез. докл. - Ереван, 1988. -С.7-8.

44. Загоскин В.В., Шостак A.C., Бацула А.П., Ильюшенко В.Н., Лигхард Л.П. Авдоченко Б.И., Антонюк H.A., Круглов И.С. Моделирование частотного поведения приведенного импеданса диподьных антенных датчиков, расположенных над почвогрунтом с усредненным и аппроксимированным вертикальным профильным распределением диэлектрической проницаемости // Четвертая Международная научно-практическая конференция "ГЕОРАДАР-2004": тез. докл. - М.: МГУ, 2004. - С. 27-28.

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

46. 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.

47. Авдоченко Б.И., Ильюшенко В.Н., Тулеев A.B., 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.

48. Авдоченко Б.И., Загоскин В.В., Ильюшенко В.Н. и др. Сверхширокополосный радиолокатор обнаружения движущихся объектов за стенами // Материалы пятой Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы информационной безопасности государства, общества, личности". - Томск: ТУСУР, 2003. - С. 58-64.

49. Пушкарев В.П., Титов АА., Авдоченко Б.И., Юрченко В.И. Мощный импульсный СВЧ генераторный модуль // Материалы докладов девятнадцатой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии "КрымКо-2009". -Севастополь: Вебер, 2009. -С.87-88.

50. Авдоченко Б.И., Вияисов A.A., Пушкарев В.П., Тепляков К.Н., Юрченко В.И. Импульсный ИК прожектор с управляемой мощностью // Сборник докладов восемнадцатой международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь (RLNC*2012)"-Воронеж,2012,- Т. 1.-С.190-195.

51. Авдоченко Б.И., Валиев Д.Т., Полисадова Е.Ф., Пушкарев В.П., Юрченко В.И. Формирователь оптических импульсов для спектрозональных люминесцентных измерений // Сборник докладов девятнадцатой международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь (RLNC*2013)". -Воронеж, 2013. - Т. 1. - С. 170-173.

52. Загоскин В. В., Шостак А. С., Авдоченко Б. И., Бацула А. П., Ильюшенко В. Н., Антонюк Н. А., Круглов И. С. Метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунтов в полевых условиях с помощью дипольных антенных датчиков в СВЧ диапазоне // Материалы пятой Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация». - Барнаул: АГТУ. - 2004. - С. 33-36.

Тираж 120 экз. Заказ 601. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.