ВЧ модуль электронного управления фазой
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ. 7
Перечень принятых сокращений. 10
1. Библиографический обзор. 11
2. Анализ существующих методов моделирования СВЧ устройств. 13
3. Разработка высокочастотного модуля. 14
3.1. Выбор САПР. 14
3.1.1. Обзор рынка САПР. 14
3.1.2. Формулировка требований к САПР. 15
3.2. Проведение расчетов и моделирования. 23
3.2.1. Выбор линии передачи и обоснование этого выбора. 23
3.2.2. Расчет копланарной линии передачи. 25
3.2.3. Расчет КСВН линии передачи с параллельной
индуктивностью на частоте 9,4 ГГц. 27
3.2.4. Моделирование линии с последовательными
конденсаторами на частоте 9,4 ГГц. 29
3.2.5. Разработка компоновки платы в корпусе. 31
3.2.6. Моделирование суммарного ВЧ тракта. 45
3.2.7. Исследование электромагнитной совместимости. 49
3.2.8. Выбор ВЧ разъёмов. 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТОПОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО УЗЛА. 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЧЕРТЕЖ КОРПУСА. 63
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ БЛОКА. 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СПЕЦИФИКАЦИЯ. 65
ВВЕДЕНИЕ. 7
Перечень принятых сокращений. 10
1. Библиографический обзор. 11
2. Анализ существующих методов моделирования СВЧ устройств. 13
3. Разработка высокочастотного модуля. 14
3.1. Выбор САПР. 14
3.1.1. Обзор рынка САПР. 14
3.1.2. Формулировка требований к САПР. 15
3.2. Проведение расчетов и моделирования. 23
3.2.1. Выбор линии передачи и обоснование этого выбора. 23
3.2.2. Расчет копланарной линии передачи. 25
3.2.3. Расчет КСВН линии передачи с параллельной
индуктивностью на частоте 9,4 ГГц. 27
3.2.4. Моделирование линии с последовательными
конденсаторами на частоте 9,4 ГГц. 29
3.2.5. Разработка компоновки платы в корпусе. 31
3.2.6. Моделирование суммарного ВЧ тракта. 45
3.2.7. Исследование электромагнитной совместимости. 49
3.2.8. Выбор ВЧ разъёмов. 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТОПОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО УЗЛА. 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЧЕРТЕЖ КОРПУСА. 63
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ БЛОКА. 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СПЕЦИФИКАЦИЯ. 65
В настоящее время для повышения качества управления воздушным движением в районе аэродромов, а также для управления процессом захода на посадку через определение отклонений летательного аппарата от заданной линии снижения по вертикали, горизонтали, передаче значений этих отклонений на борт ВС в автоматическом режиме, предприятие АО"ЧРЗ"ПОЛЕТ" производит разработку посадочного радиолокатора (ПРЛ- 2СТ). Данная аппаратура позволяет обнаруживать воздушные суда на расстоянии до 350 км, осуществлять их сопровождение и мониторинг параметров траектории движения относительно неподвижных объектов и движущихся метеообразований.
Модуль электронный управления фазой (МЭУФ) предназначен для приема, усиления, управления фазой и переизлучения высокочастотных (ВЧ) зондирующих сигналов каналов курса и глиссады посадочного радиолокатора ПРЛ-2СТ. МЭУФ применяется в составе отражателя доплеровского выносной аппаратуры контроля и юстировки изделия ПРЛ-2СТ.
Разрабатываемый модуль электронного управления фазой (МЭУФ) исходя из выполняемых им функций в общем случае можно назвать фазовращателем СВЧ.
Фазовращатель - элемент СВЧ-тракта, предназначенный для управляемого внешним сигналом изменения фазовой задержки проходящего через него СВЧ-сигнала.
Фазовращатели необходимы для регулировки или предварительной регулировки фазового сдвига в каналах, для выравнивания фазового сдвига в измерительных цепях, для квазистатической регулировки фазовых сдвигов в цепях, управляющих формой и положением в пространстве диаграммы направленности антенны, а также для решения других прикладных задач. Понятие "сдвиг фазы" представляет собой отклонение момента переходамгновенного значения синусоидального сигнала от отрицательных значений к положительным значениям через ноль на выходе компонента, который нормирован к периоду сигнала и выражен в радианах или угловых градусах, по сравнению с таким моментом для входного сигнала. Сдвигом фазы также называют разность между значениями текущей фазы выходного и входного сигнала.
Классификация фазовращателей довольно сложна из-за большого количества параметров классификации и вариантов устройств. Это также осложняется тем, что производители часто скрывают принципы своей продукции и предоставляют пользователю только основные технические параметры устройства. Фазовращатели классифицируются по типу управления, принципу действия, способу включения в тракт, а также характеру изменения фазы.
По способу управления различают фазовращатели:
• с ручным (механическим) управлением;
• с электромеханическим управлением при помощи электродвигателей или реле;
• с электронным управлением, к которым относятся ферритовые, сегнетоэлектрические, на основе систем, PIN-диодов и полевых транзисторов.
По назначению выделяют:
• подстроечные — с небольшим диапазоном изменения фазы, малогабаритные, без шкалы, настраиваемые однократно или редко;
• измерительные — с большим диапазоном изменения фазы, превосходящим иногда 360° на рабочей частоте, рассчитанные на многократное использование, обычно снабженные шкалой.
По принципу действия:
• проходные, в которых фазовый сдвиг достигается изменением электрической длины цепи;отражательные, в которых используется разность фаз между
падающей и отраженной от нагрузки волнами.
По способу включения в тракт:
• коаксиальные;
• волноводные.
По характеру изменения фазы:
• с плавной перестройкой;
• с дискретной перестройкой. Выходная мощность пассивного фазовращателя меньше входной, что характеризуется параметром вносимых потерь.
Важный параметр, отличающий фазовращатель - коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) - отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему. Выбирая фазовращатель для мощных цепей, следует учитывать допустимую мощность сигнала для конкретного прибора и помнить, что с ростом рабочей температуры и снижением атмосферного давления допустимая мощность сигнала уменьшается. Для бортовой аппаратуры значение установленного фазового сдвига должно оставаться в допустимых пределах во всем диапазоне изменения параметров окружающей среды (температура, влажность и давление), а также внешних механических воздействий (вибрации и удары в определенных направлениях).
Модуль электронный управления фазой (МЭУФ) предназначен для приема, усиления, управления фазой и переизлучения высокочастотных (ВЧ) зондирующих сигналов каналов курса и глиссады посадочного радиолокатора ПРЛ-2СТ. МЭУФ применяется в составе отражателя доплеровского выносной аппаратуры контроля и юстировки изделия ПРЛ-2СТ.
Разрабатываемый модуль электронного управления фазой (МЭУФ) исходя из выполняемых им функций в общем случае можно назвать фазовращателем СВЧ.
Фазовращатель - элемент СВЧ-тракта, предназначенный для управляемого внешним сигналом изменения фазовой задержки проходящего через него СВЧ-сигнала.
Фазовращатели необходимы для регулировки или предварительной регулировки фазового сдвига в каналах, для выравнивания фазового сдвига в измерительных цепях, для квазистатической регулировки фазовых сдвигов в цепях, управляющих формой и положением в пространстве диаграммы направленности антенны, а также для решения других прикладных задач. Понятие "сдвиг фазы" представляет собой отклонение момента переходамгновенного значения синусоидального сигнала от отрицательных значений к положительным значениям через ноль на выходе компонента, который нормирован к периоду сигнала и выражен в радианах или угловых градусах, по сравнению с таким моментом для входного сигнала. Сдвигом фазы также называют разность между значениями текущей фазы выходного и входного сигнала.
Классификация фазовращателей довольно сложна из-за большого количества параметров классификации и вариантов устройств. Это также осложняется тем, что производители часто скрывают принципы своей продукции и предоставляют пользователю только основные технические параметры устройства. Фазовращатели классифицируются по типу управления, принципу действия, способу включения в тракт, а также характеру изменения фазы.
По способу управления различают фазовращатели:
• с ручным (механическим) управлением;
• с электромеханическим управлением при помощи электродвигателей или реле;
• с электронным управлением, к которым относятся ферритовые, сегнетоэлектрические, на основе систем, PIN-диодов и полевых транзисторов.
По назначению выделяют:
• подстроечные — с небольшим диапазоном изменения фазы, малогабаритные, без шкалы, настраиваемые однократно или редко;
• измерительные — с большим диапазоном изменения фазы, превосходящим иногда 360° на рабочей частоте, рассчитанные на многократное использование, обычно снабженные шкалой.
По принципу действия:
• проходные, в которых фазовый сдвиг достигается изменением электрической длины цепи;отражательные, в которых используется разность фаз между
падающей и отраженной от нагрузки волнами.
По способу включения в тракт:
• коаксиальные;
• волноводные.
По характеру изменения фазы:
• с плавной перестройкой;
• с дискретной перестройкой. Выходная мощность пассивного фазовращателя меньше входной, что характеризуется параметром вносимых потерь.
Важный параметр, отличающий фазовращатель - коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) - отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему. Выбирая фазовращатель для мощных цепей, следует учитывать допустимую мощность сигнала для конкретного прибора и помнить, что с ростом рабочей температуры и снижением атмосферного давления допустимая мощность сигнала уменьшается. Для бортовой аппаратуры значение установленного фазового сдвига должно оставаться в допустимых пределах во всем диапазоне изменения параметров окружающей среды (температура, влажность и давление), а также внешних механических воздействий (вибрации и удары в определенных направлениях).
В результате выполнения данной работы была разработана КД на модуль электронного управления фазой, предназначенный для приема, усиления, управления фазой и переизлучения высокочастотных зондирующих сигналов каналов курса и глиссады посадочного радиолокатора ПРЛ-2СТ. МЭУФ применяется в составе отражателя доплеровского выносной аппаратуры контроля и юстировки изделия ПРЛ-2СТ.
Был выбран тип линии передачи. Произведены: расчет линии передачи на диэлектрическом материале RO5880 по программах AWR Microwave Office и CST Microwave Studio, расчет КСВН линии передачи с параллельной индуктивностью на частоте 9,4 ГГц, моделирование линии с последовательными конденсаторами на частоте 9,4 ГГц. Разработана компоновка платы в корпусе. Проведено моделирование суммарного ВЧ тракта. Расчитаны КСВН, ослабления, фазы тракта (без микросхем). Произведено исследование электромагнитной совместимости. Выбор ВЧ разъёмов, моделирование перехода с копланарной линии на коаксиальную линию.
Был выбран тип линии передачи. Произведены: расчет линии передачи на диэлектрическом материале RO5880 по программах AWR Microwave Office и CST Microwave Studio, расчет КСВН линии передачи с параллельной индуктивностью на частоте 9,4 ГГц, моделирование линии с последовательными конденсаторами на частоте 9,4 ГГц. Разработана компоновка платы в корпусе. Проведено моделирование суммарного ВЧ тракта. Расчитаны КСВН, ослабления, фазы тракта (без микросхем). Произведено исследование электромагнитной совместимости. Выбор ВЧ разъёмов, моделирование перехода с копланарной линии на коаксиальную линию.





