Актуальность темы



Скачать 292.13 Kb.
страница1/3
Дата09.04.2013
Размер292.13 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3




Общая характеристика работы

Актуальность темы. Использование поляризационных эффектов в работе радиолокационных станций является одним из путей повышения их эффективности. Учет поляризационных свойств цели при выборе поляризации облучающей волны и прием отраженного сигнала с учетом его поляризации позволяют значительно увеличить объем информации об объекте.

Антенна является основным средством управления поляризацией сигналов, инструментом его поляризационного анализа и поляризационной селекции. Максимальное использование поляризационных эффектов требует динамической перестройки поляризационных свойств антенны в процессе работы, что достигается введением в ее состав управляемых поляризаторов. Для этой цели часто используют ферритовые переключатели поляризации, широкому внедрению которых препятствует ряд существенных недостатков. Ферритовые переключатели обладают низкой температурной стабильностью, их характеристики имеют ярко выраженную зависимость от разброса параметров ферритового материала. Кроме того, обеспечение современного уровня развития требует снижения энергопотребления и повышения быстродействия переключателей. Серийное производство переключателей ставит задачу упрощения методов настройки и расширения технологических ограничений.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема разработки и обеспечения серийного выпуска переключателя поляризации для антенного элемента фазированной антенной решетки, обладающего высокими поляризационными характеристиками, не зависящими от температуры, имеющего малое энергопотребление и высокое быстродействие.

Цель работы и задачи исследования:

  1. Разработка ферритового переключателя поляризации на квадрупольном магнитном поле, предназначенного для работы в составе антенного элемента совместно с ферритовым фазовращателем фарадеевского типа. Переключатель должен иметь высокие термостабильные поляризационные характеристики, не зависящие от разброса параметров ферритового материала, обладать малыми значениями энергии и времени переключения.

  2. Создание переключателя поляризации с продольным управляющим магнитным полем, работающего на двух ортогональных линейных поляризациях. Переключатель должен обладать высокой температурной стабильностью, иметь минимальные энергетические характеристики и высокое быстродействие.

  3. Разработка автоматизированных методов контроля параметров антенного элемента.

Методы исследования. В рамках диссертационной работы производятся расчеты параметров переключателей поляризации и экспериментальная проверка полученных результатов. В основу экспериментальных исследований положены измерения поляризационных характеристик антенных элементов.
Для получения экспериментальных данных использовались автоматизированные измерители поляризации, разработанные в рамках диссертационного исследования. Математическое моделирование отдельных узлов проводилось с помощью интегрированного программно-вычислительного комплекса «LAMBDA+», разработанного специалистами ОАО «НПО «Алмаз». Программное обеспечение автоматизированных измерителей реализовано на языке Borland Pascal-7.0 в среде операционной системы MS DOS с использованием пакета программ TURBO VISION.

Научная новизна работы состоит в том, что:

  1. В диссертационной работе проведена разработка переключателя поляризации на квадрупольном магнитном поле, отличающегося от аналогов тем, что предложена двухсекционная конструкция, ранее не встречающаяся в разработках аналогичных устройств. Преимуществами предлагаемой конструкции являются высокие поляризационные характеристики, повышенная температурная стабильность, минимальные значения энергии и времени переключения. Характеристики переключателя не зависят от разброса параметров ферритовых деталей, входящих в его состав, что упрощает его настройку и снижает технологический отход.

  2. Для переключения двух ортогональных линейных поляризаций антенного элемента предложен двухсекционный переключатель, работающий на эффекте Фарадея. Ранее для этих целей такая конструкция не использовалась. Введение двухсекционной конструкции позволяет повысить температурную стабильность, снизить энергию и время переключения.

  3. Предложен новый вариант управления переключателем поляризации, отличающийся от аналогов тем, что для задания режима работы на каждую секцию переключателя подается один импульс напряжения. Это позволяет уменьшить энергию переключения и повысить быстродействие. Предлагается на все обмотки переключателя подавать импульсы одинаковой длительности, что упрощает схему управления переключателем.

  4. Приведен пример согласования переключателя поляризации с фазовращателем типа Реджиа-Спенсера, что позволяет дополнить преимущества данного фазовращателя возможностью работы на нескольких видах поляризации. Ранее работа фазовращателя такого типа совместно с переключателем поляризации не исследовалась.

  5. Разработаны методы контроля электромагнитных параметров антенных элементов в условиях серийного производства. Предложено два варианта автоматизированного измерительного стенда контроля поляризационных характеристик антенного элемента. При анализе технической литературы описания аналогов измерительных стендов не обнаружено, что дает основания полагать, что стенды такого типа ранее не разрабатывались. Введение стендов позволило в десятки раз снизить время контроля поляризационных характеристик антенного элемента при сохранении высокой точности измерений.



Практическая ценность.

  1. Получены зависимости, позволяющие рассчитать конструкцию и режимы управления ферритового переключателя поляризации на квадрупольном и продольном магнитном поле.

  2. Проведена оптимизация конструкции переключателей поляризации.

  3. Разработаны переключатели поляризации, которые могут быть использованы для работы в составе ферритового антенного элемента фазированных антенных решеток радиолокационных комплексов. Они могут быть использованы в других СВЧ устройствах, где требуется высокая температурная стабильность, большое быстродействие, малая энергия управления.

  4. Разработано два варианта измерительного стенда автоматизированного контроля поляризационных характеристик антенного элемента. Стенды предназначены для контроля параметров антенных элементов в условиях серийного производства и могут быть использованы для контроля поляризационных характеристик других СВЧ устройств.

  5. Разработан стенд автоматизированного контроля потерь антенного элемента в диапазоне рабочих частот при изменении его режимов управления.

  6. По результатам диссертационных исследований созданы новые технические решения, защищенные патентами №№ 2237904, 2242769, 2272339, 43689, 49374, 49375, 52526. Разработано программное обеспечение измерительных стендов, защищенное свидетельствами №№ 2005611799, 2005612525

Внедрение.

Результаты диссертационной работы используются при разработке антенного элемента в ОАО «НПО «Алмаз» им. академика А.А. Расплетина».

Измерительные стенды, разработанные в рамках диссертационного исследования, используются для контроля параметров антенных элементов на Государственном Рязанском приборном заводе.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на симпозиуме «Электронное управление лучом в бортовых радиолокационных комплексах» (4 – 6 октября 2000 г. на базе Государственного Рязанского приборного завода), на XVII научно-технической конференции ГП НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова (г. Жуковский, 24 – 26 октября 2001 г), на XVIII научно-технической конференции ОАО «НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова» (г. Жуковский, 2005 г).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 16 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, пяти приложений и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 176 страниц. В том числе 60 рисунков на 24 страницах, 13 таблиц на 8 страницах и 5 приложений на 26 страницах. Библиографический список включает 125 наименований на 14 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая формулировка проблемы, обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель и основные задачи, решаемые в ней, приведено краткое содержание диссертации.

В первой главе дается краткое описание поляризационных характеристик электромагнитного поля. Приведен обзор существующих ферритовых элементов ФАР с управляемой поляризацией.

Показано, что низкая температурная стабильность ферритового переключателя поляризации объясняется изменением намагниченности феррита при воздействии температуры. Рассматривается ферритовый переключатель поляризации на квадрупольном магнитном поле, работающий в двухимпульсном режиме управления, наиболее часто используемом для управления ферритовыми устройствами, обладающими магнитной памятью.

Волну круговой поляризации, подаваемую на переключатель, можно представить в виде двух волн с ортогональными линейными поляризациями, равными амплитудами и сдвинутыми по фазе на друг относительно друга. На выходе переключателя волна описывается уравнением:

, (1)

где – дифференциальный фазовый сдвиг;

– разница фазовых изменений волн с линейными ортогональными поляризациями на длине переключателя поляризации ;

, – постоянные распространения волн с вертикальной и горизонтальной поляризацией;

, – амплитуды волн с вертикальной и горизонтальной поляризацией.

Если на вход переключателя поляризации подается волна круговой поляризации, то при , дифференциальный фазовый сдвиг будет равен нулю и поляризация выходящей волны будет линейной. При дифференциальный фазовый сдвиг будет равен , поляризация волны будет линейной, ортогональной предыдущей. При останется равным , волна круговой поляризации проходит без изменения КЭ.

В процессе работы импульс сброса устанавливает магнитную систему переключателя в состояние (рис. 1). Далее, подачей импульса набора, в зависимости от его длительности, намагниченность изменяется на величину , или . Магнитное состояние переходит в точку , или соответственно, что обеспечивает изменение дифференциального фазового сдвига; или . Воздействие температуры ведет к изменению до величины , что вызывает изменение дифференциального фазового сдвига . В предложенном режиме управления, при постоянстве амплитуды напряжения и длительности импульса набора остается неизменным. Подачей импульса набора магнитная система переводится из состояния в точку , или , где , , . Во всех магнитных состояниях воздействие температуры изменяет дифференциальный фазовый сдвиг на величину , т.е. , , , что вызывает изменение КЭ.

Коэффициент эллиптичности определяется состоянием магнитной системы (точки , и на петле гистерезиса). В процессе настройки ПП требуется максимальное приближение к этим точкам, для чего требуется специальный отбор ферритовых деталей, ужесточение допусков на геометрические размеры, строгий контроль технологических процессов.

Работу переключателя поляризации на продольном магнитном поле также можно описать с помощью предложенной модели. Только в этом случае температурный дрейф намагниченности вызывает изменение угла поворота плоскости поляризации.

Приведенная модель работы ферритового устройства показывает, что повышенной термостабильностью обладают импульсные ферритовые устройства, параметры которых задаются изменением магнитного состояния и мало зависят от величины намагниченности.

Подробно рассматривается работа существующего переключателя поляризации с одноимпульсным управлением. Его существенными недостатками являются:

  • дрейф параметров при проведении многократных переключений;

  • низкая температурная стабильность, которая усиливаются дрейфом рабочих точек в результате циклических переключений;

  • сложность настройки характеристик переключателя и сильная зависимость КЭ от разброса параметров ферритового материала.

В работе дано краткое описание методов контроля параметров антенного элемента и определены пути их дальнейшего развития. В заключение главы приведено обоснование программы диссертационных исследований

Вторая глава посвящена разработке управляемого поляризатора с квадрупольным магнитным полем, предназначенного для работы в составе антенного элемента ФАР совместно с фазовращателем фарадеевского типа. На вход переключателя подается волна круговой поляризации, которая преобразуется в одну из двух ортогональных линейных или проходит без изменения. С целью повышения температурной стабильности предлагается двухсекционная констр


















Первая секция

Вторая секция








укция переключателя поляризации.

Р
Рис. 2. Иллюстрация изменений магнитного состояния двухсекционного переключателя поляризации














абота предлагаемой конструкции проиллюстрирована на рис. 2. На обмотки управления подаются импульсы сброса, обеспечивающие намагничивание первой секции до величины , а второй – до . Изменение дифференциального фазового сдвига на первой секции равно , на второй . Суммарное изменение дифференциального фазового сдвига равно , волна круговой поляризации проходит без изменения эллиптичности. Для установки линейной поляризации на обмотку управления второй секции подается импульс набора, переводящий магнитную систему этой секции в точку . Изменение дифференциального фазового сдвига на ней становится равным , при этом суммарное изменение дифференциального фазового сдвига составляет, поляризация волны преобразуется из круговой в линейную. Переключение на ортогональную линейную поляризацию производится подачей импульса набора на первую секцию после намагничивания первой и второй секций до величин и соответственно. В этом случае магнитное состояние первой секции переходит в точку , соответствующую изменению дифференциального фазового сдвига на ней , суммарное изменение дифференциального фазового сдвига на переключателе составит . Рабочие точки и на петле гистерезиса, показанной сплошной линией, получены при нормальной температуре. Под воздействием температуры намагниченность изменится на величину (петля гистерезиса изображена пунктирной линией). Величина намагниченности рабочих точек будет равна и , что соответствует дифференциальным фазовым сдвигам и , где – изменение дифференциального фазового сдвига, вызванное дрейфом магнитного состояния на величину .

При постоянстве напряжения и длительностью импульса набора получим точки и . Дифференциальный фазовый сдвиг на секциях в этих точках будет равен и соответственно. Суммарное изменение дифференциального фазового сдвига для каждого из трех видов поляризации составит







Показанный результат говорит о нечувствительности КЭ к температурным колебаниям. Приведенное выше описание механизма работы ПП также объясняет уменьшение зависимости КЭ от разброса параметров ферритового материала, что упрощает настройку переключателя поляризации, снижает процент технологического отхода.

В предлагаемой конструкции каждая секция имеет по два магнитных состояния, переход между которыми можно осуществить подачей одного управляющего импульса. Использование для всех переключений импульса одинаковой длительности упрощает управление переключателем поляризации, делает его аналогичным управлению логического элемента. Введение одноимпульсного режима управления позволяет более чем в два раза снизить энергию и время переключения.

Разница фазовых изменений волн с линейными ортогональными поляризациями представляется в виде

(2)

где: f – рабочая частота

– напряжение питания;

– число витков обмотки управления;

– диаметр волновода;

- компонента тензора магнитной проницаемости феррита;

К/кг – магнитомеханическое отношение;

При условии равенства амплитуд волн с вертикальной и горизонтальной поляризацией коэффициент эллиптичности определяется формулой:

(3)

Длина секции находится из условия, что величина должна быть равной около 0,7, где – остаточная магнитная индукция предельной петли гистерезиса.

(4)

Приравняв выражение (2) к , определяем длительность управляющего импульса

(5)

Полученное уравнение показывает, что коэффициент эллиптичности и длительность управляющего импульса определяются практическими параметрами , , и не зависят от длины секции.

Расчеты показывают, что длительность управляющего импульса находится в пределах 15 – 20 мкс, повышением питающего напряжения и подбором числа витков может быть снижена до уровня 5 мкс.

При отработке конструкции исследовалось два варианта расположения обмоток управления. В первом варианте управляющие обмотки намотаны на магнитопроводы, как это показано на рис. 3. Во втором варианте обмотки укладываются в пазы между магнитопроводом и ферритовым стержнем (рис. 4). Экспериментальные исследования обоих вариантов дали результаты, близкие к расчетным данным, при этом выявлен ряд особенностей, отличающих эти две конструкции. Сравнительный анализ переключателей поляризации с разными вариантами укладки обмоток показал, что для использования в двухсекционной конструкции более подходит первый вариант.

Изготовлено три партии антенных элементов первого варианта. Переключатели первой партии управлялись в двух импульсном режиме, второй и третьей – в одноимпульсном. При работе в одноимпульсном режиме для настройки переключателя поляризации в его цепь питания введен резистор. Переключение магнитного состояния поляризационной секции производилась подачей одного импульса напряжением 20 В и длительностью 19 или 20 мкс в зависимости от числа витков.

Проверка коэффициента эллиптичности антенных элементов без управления фазовращателем в нормальных климатических условиях дала следующие результаты:

  • коэффициент эллиптичности вертикальной поляризации не менее 25 дБ для каждого элемента, при этом средние значения по партии составили 31,9 дБ;

  • коэффициент эллиптичности горизонтальной поляризации не менее 26,9 дБ для каждого элемента, при этом средние значения по партии составили 33,8 дБ

  • коэффициент эллиптичности круговой поляризации не более 1,3 дБ для каждого элемента, среднее по партии равно 0,84 дБ;

Энергия переключения в режиме «круговая – линейная» находится в пределах 50 – 60 мкДж, в режиме «линейная – линейная» – в пределах 100 – 120 мкДж, что лучше результатов, полученных на существующих аналогах.
Таблица 1 Результаты измерений коэффициента эллиптичности антенных элементов, содержащих переключатель поляризации на квадрупольном магнитном поле.


Вид

управления

Измеренный параметр

н.у.

-50°С

+85°С

Верт.

Круг.

Гор.

Верт.

Круг.

Гор.

Верт.

Круг.

Гор.

Двухимпульсное

Среднее значение Кэ

29,8

1,05

26,3

26,7

1,79

24,5

27,7

1,71

24,4

Минимальное значение Кэ

23,5

0,48

21,3

24,6

1,54

22,3

22,8

1,38

18,9

Максимальное значение Кэ

35,4

1,73

31,7

28,0

2,12

27,5

33,0

2,72

30,0

Одноимпульсное

Среднее значение Кэ

28,6

1,31

29,9

28,1

1,38

29,9

28,0

1,39

27,7

Минимальное значение Кэ

23,9

0,80

25,7

24,2

0,83

19,6

17,2

0,80

17,2

Максимальное значение Кэ

36,3

1,89

35,9

33,2

2,20

35,2

32,1

2,81

35,9
  1   2   3

Похожие:

Актуальность темы iconВведение актуальность темы
Актуальность темы диссертационного исследования определяется недостаточной изученностью позднефеодального города. Даже само понятие...
Актуальность темы iconВведение. Актуальность темы исследования
Актуальность темы исследования. Эпистемологической основой человеческой деятельности и мирового Прогресса с точки зрения западного...
Актуальность темы iconТемы контрольных работ по дисциплине «концепции современного естествознания»
В реферате обосновывается актуальность темы, излагаются имеющиеся в литературе подходы к конкретной проблеме, анализируются ведущие...
Актуальность темы iconНогайский героический эпос (способы эпического изображения героев)
Актуальность темы. Обострившийся интерес к национально – традиционным формам народного искусства обуславливает актуальность задачи...
Актуальность темы iconАктуальность Время неумолимо движется вперед. Каждый день отводит нас от прошлого. Актуальность темы вызвана
Крайнем Севере, Дальнем Востоке и в других регионах. На Дальнем Востоке центром гулага был Магадан – «столица Колымского края». Там...
Актуальность темы iconИсследовательская работа «Хищные птицы Сузунского района»
Актуальность темы
Актуальность темы iconТезисы Секция: иностранный язык (немецкий) Тема работы: История автомобилестроения в Германии Авторы: Чикал Кирилл, Петров Олег, школа №274, 9 б
Обоснование выбора темы: личный интерес к изучаемому вопросу, актуальность темы (проблема выбора машины является важным насущным...
Актуальность темы iconАктуальность темы Обоснование деятельности учителя по развитию познавательного интереса учащихся к учению средствами субъективизации

Актуальность темы icon1 Вступление 3 1 Актуальность темы
Вычисление размерностного многочлена при заменах образующих в системе уравнений Дирака
Актуальность темы iconАктуальность темы исследования
Предпосылки успеха французской монархии в достижении политического лидерства в европе во второй
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org