Широкосмужні малогабаритні мікрохвильові перетворювачі для вимірювання параметрів антенно-хвильовідних трактів

Севастопольський державний технічний університет

 

Лащенко Ірина Вікторівна

 

УДК621. 372. 852. 5: 621. 317. 74

 

 

05. 12. 07 – Антени та пристрої мiкрохвильової технiки

 

 

Севастополь – 1999

 

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана в Севастопольському державному технічному університеті (департамент радіотехніки).

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Бондаренко Іван Кирилович (Севастопольський державний технічний університет).

Офіційні опоненти: - доктор фізико-математичних наук, професор Яцук Клара Прокофьевна (Харківський державний університет) - кандидат технічних наук, головний конструктор Єрмолов Павло Петрович (Пiдприємство «Вебер»).

Провiдна установа – Нацiональний технiчний унiверситет України «Київський полiтехнiчний iнститут», м. Київ

Захист відбудеться «_24_» ____06______ 1999 року о 10 годинi на засіданні спеціалізованої вченої Ради К50. 052. 03 при Севастопольському державному технічному університеті (335053, м. Севастополь, Стрілецька бухта, студмiстечко, 4-й учбовий корпус).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Севастопольського державного технічного університету.

Автореферат розісланий “_20_ “ _____05_______ 1999 року.

 

 

Вдосконалення вимірників параметрів антенно-хвильовiдних трактів радiотехнічних систем вимагає постійного поліпшення технічних характеристик мiкрохвильових перетворювачів, що є основною структурною ланкою таких вимірників. Особливий інтерес представляє розробка широкосмужніх малогабаритних, конструктивно простих і недорогих мiкрохвильових перетворювачів, які дозволяють не тільки підвищити точність вимірювання, але і використати їх як датчики вбудованого контролю параметрів антенно-хвильовiдних трактів.

Існуючі методи побудови мiкрохвильових перетворювачів відрізняються або складністю конструкторської реалізації, що має місце при використанні направлених вiдгалужувачей і подвійних хвильовiдних трійників, або недостатньою широкосмужностю у разі застосування аналізаторів розподілу електромагнітного поля в дискретних точках вздовж хвилевода.

Основна проблема при побудові широкосмужних багатодетекторних аналізаторiв поля пов'язана з необхідністю отримання малозалежних від частоти фазовий зсувів між сигналами, що відгалужуються в хвилеводи детекторних головок перетворювача.

У відомих багатодетекторних перетворювачах отримати такі фазовi зсуви між всіма сигналами не представляється можливим, що приводить до істотних частотних погрішностей.

Крім того, в існуючих багатодетекторних перетворювачах не врахований вплив розмірів щілин зв'язку на модулі і фази комплексних амплітуд хвиль, що відгалужуються в детекторні головки, що приводить до значних погрішностей у визначенні фазових зсувів між сигналами і, зрештою, до зменшення точності вимірювання параметрів антен і елементів хвильовiдних трактів. Вирішити задачу визначення оптимального поєднання всіх впливаючих чинників можна тільки за допомогою багатопараметричной оптимізації параметрів перетворювача.

Таким чином, проблема розробки методів побудови широкосмужних, малогабаритних мiкрохвильових перетворювачів для вимірювання комплексних параметрів антен і хвильовiдних пристроїв, є актуальною, що має велике наукове і прикладне значення.

МЕТА І ОСНОВНІ ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Метою справжньої роботи з'явилася розробка методів побудови широкосмужних малогабаритних мiкрохвильових перетворювачів і створення на їх основі високоточних автоматизованих вимірників комплексних параметрів антен і НВЧ пристроїв.

Основні задачі дослідження включали наступне:

1. Розробку методів побудови первинних перетворювачів з малозалежнимi від частоти фазовий зсувами між сигналами, що відгалуджуються в хвилеводи детекторних головок.

Теоретичне і експериментальне дослідження впливу розмірів щілин зв'язку на модулі і фази комплексних амплітуд хвиль, що відгалуджуються в хвилеводи детекторів, а також дослідження впливу варіації геометричних параметрів щілин зв'язку двох детекторних головок на частотну залежність зсуву фаз сигналів, що поступають на НВЧ діоди.

2. Оптимізацію геометричних параметрів щілевих елементів зв'язку з метою стабілізації фазового зсуву між сигналами в діапазоні частот хвилевода і забезпечення мінімальної частотної погрішності.

3. Оцінку і мінімізацію погрішностей вимірювання, зумовлених неідентичністю амплітудно-фазових характеристик детекторів, перевідображеннем від виходу генератора, нестабільністю НВЧ потужності в діапазоні частот.

4. Експериментальне дослідження характеристик мiкрохвильових перетворювачів і побудованого на їх основі автоматизованого вимірника комплексних параметрів антен і хвильовiдних пристроїв.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Для отримання основних теоретичних результатів були використані: метод пробної хвилі – визначення нормованої комплексної амплітуди хвилі в хвилеводі детектора; методи інтегрування трансцендентних функцій – дослідження впливу довжини щілини на модуль і фазу комплексної амплітуди хвилі; метод багатопараметричної оптимізації Хука-Джівса – визначення нормованих геометричних параметрів хвильовiдних щілевих елементів зв'язку; топологiчнi методи – визначення залежності параметрів вимірників від характеристик складаючих елементів; їімовірністно-статистичний метод – оцінка погрішностей вимірників; комп'ютерне моделювання і натурний експеримент.

НАУКОВА НОВИЗНА

При виконанні дисертації вперше отримані наступні результати:

запропоновані методи побудови широкосмужних малогабаритних мiкрохвильових перетворювачів з малозалежними від частоти фазовими зсувами між сигналами, що поступають на детектори;

отримана аналітична залежність для комплексної амплітуди хвилі, збуджуючої хвилевод детектора, і для фазового зсуву сигналів в двох щілевих хвильовiдних вiдгалужувачей, що є функціями довжини хвилі і геометричних параметрів щілин: довжини, ширини, кутів нахилу, координат центрів;

визначені оптимальні нормовані значення геометричних параметрів щілин зв'язку, що забезпечують квазипостійність фазового зсуву в діапазоні частот хвилевода і мінімізацію частотної погрішності мiкрохвильових перетворювачів;

запропоновані способи корекції погрішностей, зумовлених неідентичністю амплiтудно-частотних характеристик детекторів, віддзеркаленням від генератора, нерівномірністю НВЧ потужності в діапазоні частот;

експериментально досліджені основні характеристики мiкрохвильових перетворювачів і автоматизованого вимірника параметрів НВЧ пристроїв.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ

Розроблені чотири варіанти широкосмужних малогабаритних конструктивно простих мiкрохвильових перетворювачів і