ВВЕДЕНИЕ 10
1 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Типы ФВР СВЧ диапазона 12
1.2 Методы расчета ФВР 14
1.3 Дискретный ФВР. Основные элементы 15
1.4 Полупроводниковый pin-диод. Характеристики и
параметры 18
1.5 ФВР в составе ФАР 22
2 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1 Основные понятия моделирования 26
2.2 Технологии моделирования 27
2.3 Моделирование методом матриц рассеяния 30
3 МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕКУЩЕГО ЦИКЛА
3.1 Обзор технологии визуально-ориентированного
программирования 33
3.2 Обзор рынка технологий визуально-ориентированного
программирования 34
3.3 Формулировка требований к среде разработки 35
4 АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОММУТИРУЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ
4.1 Основные проблемы и постановка задачи 38
4.2 Моделирование дискретного ФВР 38
4.3 Моделирование вносимого импеданса pin-диода 43
4.4 Моделирование ФАР 46
5 РАСЧЕТ КОММУТИРУЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ
5.1 Расчет характеристик pin-диода 50
5.2 Расчет дискретного ФВР, в условиях исправности pin-диодов 55
5.3 Расчет дискретного ФВР, в условиях неисправностей pin-диодов 66
5.4 Расчет ДН ФАР для различных состояний ФВР 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 87
ПРИЛОЖЕНИЕ В 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 91
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 96
ПРИЛОЖЕНИЕ И 98
Класс управляющих СВЧ устройств, предназначенных для управления амплитудой и фазой СВЧ сигнала, находит широкое применение в радиолокации, связи, навигации, измерительных устройствах и других областях науки и техники. Самым массовым из управляющих устройств являются фазовращатели.
Фазовращателем (ФВР) называется устройство, которое используют для изменения фазы проходящей через него электромагнитной волны. Конструктивно ФВР представлять собой блочную структуру коммутирующих между собой одноразрядных ФВР. Каждый блок ФВР может иметь разнообразные реализации в зависимости от дискретности фазовой задержки, ее природы и принципа управления.
На сегодняшний день наиболее популярным типов ФВР СВЧ диапазона являются дискретные ФВР, управляемые pin-диодом. Полупроводниковый pin- диод обладает высокой стабильностью и точностью установки фазы, быстродействием, имеет малые габариты и вес. Для проектирования ФВР необходимо разработать функциональную схему с переключающими диодами, которая будет обеспечивать требуемую дискретность фазовой задержки при минимально вносимых потерях [1, 2].
Точность формирования фазы волны имеет большое значение при формировании диаграмм направленности (ДН) фазированных антенных решеток (ФАР). Нарушение распределения амплитуд и фаз электромагнитной волны в отдельных излучателях приводит к нарушению ДН, что влечет за собой различные радиолокационные ошибки. Основной причиной неправильного формирования фазы ФВР является сбой переключающих элементов.
Развитие аналитических методов анализа и расчета СВЧ устройств с использованием современной техники и программного обеспечения, позволяет осуществить разработку ФВР в виде коммутируемых СВЧ модулей.
Одним из способов расчета СВЧ устройств и оптимизации их разработки как динамической системы является моделирование с применением пакета MATLAB Simulink.
Пакет расширения Simulink системы MATLAB является интерактивно-программным комплексом, который предназначен для математического моделирования линейных и нелинейных динамических систем и устройств, представленных своей функциональной блок-схемой. Данная среда разработки позволяет проводить моделирование как в частотной, так и во временной области. Инструменты расширения Simulink дают возможностью применения событийного управления блоками моделей.
Целью данной работы является в разработка динамической модели четырехразрядного ФВР, которая будет воспроизводить ситуации неправильной работы переключающих элементов. Также необходимо смоделировать работу ФАР при возникновении неисправностей переключающих элементов в составе ФВР. Данные модели позволят провести влияния неисправностей переключающих элементов ФВР на формирование фазо -частной (ФЧХ) и амплитудно-частотной (АЧХ) характеристик, а также влияние распределения амплитуд и фаз на ДН ФАР в случаях возникновения неисправностей переключающих элементов в одном или нескольких ФВР, подключенных к излучателям ФАР.
В данной работе была разработана модель блочного четырехразрядного ФВР с дискретом фазы 22.5°. Также была смоделирована работа ФАР в условиях неисправностей управляющих элементов - pin-диодов, в составе фазозадающих ФВР.
Моделирование ФВР производилось методом волновых матриц рассеяния. Программная реализация модели была осуществлена с применением технологий визуально-ориентированного программирования в среде разработки MATLAB Simulink.
В результате моделирования было показано:
1) с увеличением длины коммутирующего шлейфа коэффициент отражения открытого pin-диода увеличивается и начинает приобретать нелинейный характер в зависимости от частоты. Коэффициент отражения закрытого pin-диода слабо зависит от длины коммутирующего шлейфа;
2) увеличение разрядности ФВР увеличивает наклон ФЧХ, но не влияет на АЧХ;
3) увеличение индуктивности pin-диода увеличивает разницу угла поворота фазы от номинального значение на центральной частоте и придает нелинейный характер ФЧХ и АЧХ ФВР ;
4) при возникновении неисправностей pin-диодов в составе ФВР, ФЧХ и АЧХ существенно искажаются;
5) при работе ФВР с неисправными диодами у ДН ФАР увеличивается уровень бокового излучения. Чем больше количество ФВР с неисправными диодами, тем сильнее увеличивается уровень бокового излучения ФАР.
