Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 75

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

14. Manuilov M.B., Kobrin K.V. Field theory CAD of waffle-iron filters// Proc. of 3ЗЛ European Microwave Conference. (EuMC^). 3-7 October 200З. Paris. France. pp. І227-І230. ІЗ. Мануилов М.Б., Кобрин К.В. Собственные волны многогребневых волноводов// Элек­тромагнитные волны и электронные системы. 200З. т.І0. № б. с. 2І-28.

СРРШ'2008

I-ч. 2 -

ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИМИТАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК

ИЗЛУЧАЮЩИХ СИСТЕМ

В.А. Усин1, В.И. Марков2, С.В. Помазанов3, А.В. Усина4, А.Б. Филоненко2 1Харьковский Национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, каф. ОРТ, тел. (057) 732-80-50, E-mail: usin_va@rambler.ru 2Научно-исследовательский центр радиотехнических и оптико-электронных систем «Об-рий», Черниговский р-н, с. Сновянка, ул. Лесная, 2-Б, 15532, Украина тел.: 80972897174; E-mail: markov_vi@mail.ru 3Антрацитовский техникум радиоэлектронного приборостроения, Луганская обл.,

г. Антрацит,

4Харьковский государственный университет питания и торговли Харьков-51, ул Клочковская, 333 Special automated complexes which allow integrating the processes of modeling, de­signing and measurements of the phased-array antenna (PAA) parameters for aligning, conduct­ing acceptance tests, field trials and field calibration are considered in this report. It is shown that for comprehensive evaluation of multifunction PAA parameters it is necessary to combine procedures of simulation, diagnostics, factory alignment and field calibration of multi channel PAA, taking into account its constructive peculiarities and restrictions. Such approach optimizes and improves engineering decisions for perspective antennas by multivariant choice of its con­struction, measurement and monitoring methods while reducing time and costs of their devel­opment and implementation.

Введение. Процесс создания антенных устройств (АУ) состоит из ряда этапов, включающих в себя выбор и анализ различных вариантов построения апертуры и диа-граммообразующей схемы (ДОС) с оценкой получаемых параметров, стоимости, эле­ментной базы, технологии изготовления, отладки и возможности поддержания парамет­ров изделия в процессе эксплуатации. На этапе разработки АУ целесообразно использо­вать математическое моделирование для выбора амплитудно-фазового распределения (АФР) поля на апертуре, формы апертуры, ее структуры, типа излучающих элементов, их размещения, матрицы взаимных связей и системы управления положением луча (СУЛ) в пространстве. Необходимо оценить интегральные параметры изделия и выдвинуть требо­ваний к допускам на изготовление распределительной, излучающей и управляющей сис­тем и их элементам (фазовращателям, усилителям, переключателям, элементам защиты и т.д.) [1].

После сборки АУ должно пройти комплексный контроль, при котором проверяют исправность элементов, узлов, блоков и цепей управления с целью выявления отказов элементов и ошибок сборки. На следующем этапе должна производиться настройка АУ по заданным критериям (например, по минимуму отклонения интегральных параметров ДН от расчетных значений). Для автоматизации процесса настройки АУ должны быть предусмотрены соответствующие технологические возможности, а алгоритмы настройки должны учитывать дискретность элементов реализующих желаемое АФР.

Выполнить требования по сокращению времени разработки и внедрения сложных многофункциональных АУ можно только при создании специальных автоматизирован­ных имитационно-измерительных комплексов (АИИК), позволяющих объединить про­цессы проектирования, моделирования, настройки и проведения испытаний ФАР [2].

Не менее важной задачей моделирования является обоснование требований к тех­ническим характеристикам и составу АИИК, параметрам входящей в него измерительной аппаратуры, алгоритмам обработки данных и выбора технологии проведения настройки и приемно-сдаточных испытаний (ПСИ) ФАР [3].

Вопросы практического применения АИИК при настройке и технической эксплуа­тации современных АУ постоянно находятся в центре внимания разработчиков. В тече­

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 27ние последних десятилетий используются различные программы анализа антенных сис­тем, например, Microwave Office, FEKO, XFDTD, HFSS, SuperNEC, Sonnet, Zeland IE3D, CSTMICROWAVE STUDIO и др. На многих предприятиях Украины и СНГ с на­чала 70-х годов разрабатывался и применялся ряд специальных программ, использовав­шихся при разработке ФАР и АФАР [4]. Например, интегрированный программный ком­плекс ЛЯМБДА+ (НПО «Алмаз») включает в себя системы моделирования антенных, волноводных и микрополосковых устройств, магнитных систем, а также Интегрирован­ную Среду Разработчика, которая объединяет и осуществляет взаимодействие между всеми подсистемами комплекса и обеспечивает взаимодействие с пользователем с помо­щью многооконного графического интерфейса с вложенной системой меню и диалоговых окон. С развитием ПЭВМ относительно простые программы моделирования стали широ­ко использоваться в учебных процессах, например, программа Fazar (О.Г. Вендик) и про­граммно-методический комплекс AntMaster (Д.М. Сазонов).

Постановка задачи. В докладе рассмотрены основные вопросы создания автомати­зированного имитационно-измерительного комплекса (АИИК), состоящего из имитаци-онно-моделирующего стенда (ИМС) и автоматизированного измерительного комплекса

(АИК).

Основная часть. В связи с жесткими техническими требованиями к уровням боко­вых лепестков (УБЛ) и высокой точности установки луча при разработке и настройке АУ с широкоугольным сканированием и низким УБЛ (от минус 35 до минус 50 дБ) требуется принимать во внимание ряд факторов, которым ранее не уделялось должного внимания. Например, конструктивные возможности увеличения развязки между излучающими эле­ментами при очень плотной упаковке оказываются исчерпанными, поэтому с помощью ИМС приходится искать другие пути для решения возникающих при этом проблем. Од­ним из возможных путей учета влияния взаимной связи между излучающими элементами на АФР при различных положениях луча в пространстве является проведение настройки по пространственным секторам, а для определения количества таких секторов использу­ется итерационный комбинированный подход, объединяющий процессы моделирования с помощью ИМС и проведения измерений АФР с помощью АИК.

ИМС используется на всех этапах разработки АУ от проектирования до проведения ПСИ и обеспечивает:

— синтез АФР на апертуре ФАР по требованиям к параметрам диаграммы направ­ленности (ДН),

— расчет АФР на планарной, цилиндрической и сферической поверхностях по за­данному АФР на апертуре ФАР и имитацию ошибок, вносимых измерительным оборудо­ванием;

— определение ДН и интегральных параметров АУ в соответствии с выбранным методом измерения АФР и способом расчета;

— оценку погрешности определения характеристик АУ в зависимости от характе­ристик АИК и используемых методов измерения и расчета параметров;

— сравнительную оценку различных методов измерения и обработки полученных данных для настройки и проведение приемо-сдаточных испытаний конкретных АУ, вы­бор метода измерения и аппаратурной реализации АИК;

— выработку требований к стенду, измерительной аппаратуре, метрологическому обеспечению, методикам и программно-алгоритмическому обеспечению (ПАО) испыта­ний;

— имитацию всех режимов работы аппаратуры АИК и АУ, выдаваемых ими сигна­лов для проверки закладываемых технических решений и алгоритмов управления;

— имитацию работы АИК при отладке ПАО.

АИК предназначен для автоматизации процесса измерения параметров АУ в ближней зоне и обеспечивает:

— измерение АФР на заданной измерительной поверхности (планарной, цилинд­рической, сферической, плоско-полярной и т.д.);

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 2 8

- расчет характеристик АУ и выявления отклонений от штатного АФР с целью проведения настройки изделия по заданным критериям, так как параметры изготовленно­го образца обычно не соответствуют расчетным из-за ряда факторов.

Настройка АУ выполняется в БЭК с использованием радиоголографического и ам­плитудного методов измерения.

С помощью ИМС проводится математическое моделирование для определения ко­личества участков, на которые должен быть разбит полный сектор широкоугольного электронного сканирования с учетом ограничений по возможности управления и юсти­ровки АФР.

Программное обеспечение АИК должно быть адаптировано под конкретную конст­рукцию апертуры АУ, интерфейсы и протоколы обмена информацией, а в АУ должны быть предусмотрены соответствующие технологические возможности и зарезервирован массив памяти для записи комплексных поправок для всех излучающих элементов с уче­том количества секторов и рабочих частот. Процесс настройки является итерационным и начинается с записи нулей в массивы поправок для каждой рабочей частоты в память системы управления лучом (СУЛ). По данным измерения АФР поля на измерительной поверхности рассчитываются параметры диаграммы направленности (ДН) и проводится расчет АФР на апертуре и моделирование для определения комплексных поправок, кото­рые минимизируют отклонение параметров ДН заданных. Полученные поправки сумми­руются с находящимися в памяти СУЛ. Этот процесс итерационно повторяется до дос­тижения заданного критерия, например, заданного УБЛ. Настройка при нормальном по­ложении луча проводится для всех рабочих частот и комплексные поправки записывают­ся в память в качестве начального приближения для всех зарезервированных участков сектора широкоугольного сканирования. После этого начинается процесс измерения па­раметров ДН для каждого из участков сектора широкоугольного сканирования, при этом фиксируются участки, в которых параметры ДН не удовлетворяют требованиям ТУ. Для этих участков проводится индивидуальная подстройка, полученные поправочные коэф­фициенты записываются в память только для заданного участка сектора пространствен­ного качания луча с целью свести к минимуму влияние коммутационных боковых лепе­стков и обеспечить точное позиционирование луча в заданную точку пространства. По­правочные коэффициенты для всех участков сектора качания луча хранятся в зарезерви­рованной памяти в одном формате без учета сдвига (добавки на позиционирование луча в заданное положение).

Практика показывает, что при оптимизации характеристик АУ с низким УБЛ и не­зависимым формированием многолучевой матрицы практически достаточно двух - трех итераций, чтобы с учетом конструктивных ограничений получить характеристики близ­кие к потенциально достижимым.

Одним из недостатков применения в АИК механического координатного устройст­ва для перемещения измерительного зонда является большое время сканирования (до не­скольких часов в зависимости от размеров апертуры и требований к точности определе­ния ДН в заданном секторе углов). Уменьшение времени измерений ближнего поля ан­тенн может быть достигнуто за счет применения в АИК многоэлементных зондов (МЗ).

Многоканальность может быть использована в различных типах МЗ по-разному:

- во-первых, использовать МЗ можно как аналоговый коллиматор ближнего поля антенн;

- осуществляя электронное переключение каналов МЗ, можно производить моду­ляционное выделение сигнала каждого канала, что позволяет измерить двумерное АФР на измерительной поверхности, а также существенно уменьшает время измерений;

- реализуя МЗ в виде разнесенной в пространстве системы излучателей (измери­тельных зондов), можно повысить эквивалентную плотность размещения излучателей, что позволяет уменьшить время измерений и ослабляет влияние МЗ на поле исследуемой

ФАР [5].

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 2 9

Выводы. В докладе рассмотрены принципы построения, структура и технические характеристики АИИК, приведены варианты его аппаратурной и программной реализа­ции для выбора АФР, обоснования допусков и оценки влияния ошибок изготовления, дискретности управления, взаимного влияния излучающих элементов и обтекателя на параметры ФАР.

По результатам моделирования был проведен выбор функционального построения и структурного состава АИК, входящей в него аппаратуры и методов компенсации аппа­ратурных погрешностей и применяемых методов измерения характеристик ФАР. Разра­ботана и проверена методика, обеспечивающая быструю сходимость итерационного про­цесса настройки и получение параметров близких к технически достижимым для данной аппаратурной реализации ФАР.

Отработка на основе АИИК новых перспективных методов измерений и контроля АУ позволяет существенно сократить время и стоимость разработки и обеспечить прове­дение контроля технического состояния, калибровки комплексных коэффициентов пере­дачи каналов и автоподстройки параметров ФАР в процессе эксплуатации.

Литература

1. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского, А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. - 488 с.

2. Гузь В.И., Марков В.И., Зайцев А.А., Мартынов В.А., Филоненко А.Б. Автомати­зированная система для контроля и настройки ФАР. // Известия высших учебных заведе­ний. Радиоэлектроника. - Киев. Том 50, №1, январь 2007 г. с 46-51.

3. Usina A.V., Usin V.A., Anohina O.D., Markov V.I., Filonenko A.B. Computer simula­tion in design of built-in performance monitoring and alignment systems for phased array an­tennas // 15th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, 2004. MIKON-2004. Volume 2, 17-19 May 2004 Page(s): 481 - 484.

4. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. В. Л. Гостюхина. - М.: Радио и связь, 1983. -

248 с.

5. Усин В.А., Марков В.И., Рожнятовская Л.В., Усина А.В. Применение простран­ственно разнесенной многозондовой системы для измерения параметров ФАР. // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии: Материалы 16-й Международной конфе­ренции (КрыМиКо'2006), Севастополь, Крым, Украина, 11-15 сент. 2006 г. - Вебер, 2006, т 2, с. 821-822.

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 3 0

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ И ЗАРЯДОВ ВБЛИЗИ УГЛОВОЙ ТОЧКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КЛИНА

Прийменко С. Д.

Институт плазменной электроники и новых методов ускорения ННЦ ХФТИ 61108, Харьков, ул. Академическая 1, тел. (057) 335-64-14, E-mail: sprijmenko@kipt.kharkov.ua; факс (057) 335-35-64 Expressions for a distribution of an electric current and charge densities in a vicinity of an angular point for the perfectly conducting wedge excited by the linear synphase magnetic and electric currents are received. It is shown, that singularities of a current and a charge in the neighbourhood of an angular point are caused by the few space azimuthal harmonics of a di­rected current. The expressions for a charge densities connected with a continuous and discrete changes of a current are found. Boundary conditions are formulated in a place of an wedge exci­tation by a threadlike relativistic charge. It is pointed out, that radiations of a wedge surface and an edge are connected with changes of a current in magnitude and a direction accordingly.

1. Введение. Основным параметром UWB сигнала является его длительность. Дли­тельность электромагнитного импульса определяется длиной формирования излучения, возникающего при рассеянии волны плотности тока или заряда на неоднородности, вдоль которой ток уменьшается от конечного значения до нуля. В существующих UWB антен­нах дипольного излучения [1] длина формирования излучения сопоставима с ее попереч­ным размером. Последний есть величина макроскопическая, а излучатель является ан­тенной статического типа.

В антенне переходного излучения, которое возникает при рассеянии релятивист­ского точечного заряда на его электрическом изображении, длина формирования излуче­ния вырождается в точку [2] (c.11). Ток при соприкосновении заряда Q с рефлектором

равен Q5(t), а длительность импульса излучения пропорциональна Q5(t)/t (t есть вре­мя). Длина формирования излучения есть величина микроскопическая, а излучатель яв­ляется антенной динамического типа.

Имеющиеся экспериментальные результаты свидетельствуют об эффективном из­лучении рефлектора при возбуждении его электронным пучком вблизи ребра. Известна лишь одна теоретическая работа по применению переходного излучения в антенной тех­нике [3], в которой практически не рассмотрено влияние геометрии рефлектора на его возбуждение пучком. Цель настоящей публикации - исследовать распределение плотно­стей электрического тока и заряда в окрестности ребра идеально проводящего клина и сформулировать граничные условия в месте возбуждения клина нитевидным релятивист­ским зарядом, являющимся частным случаем ленточного пучка.

2. Основная часть

2.1. Поперечная цилиндрическая волна

Рассмотрим возбуждение идеально проводящего клина с внешним углом раствора а (используется цилиндрическая система координат, ось z является множеством угло­вых точек и совмещена с ребром клина, а грани определяются координатными поверхно­стями ф = 0, ф = а) сторонним линейным синфазным источником магнитного тока

(координаты р0, ф0) руководствуясь методикой работ [4] (с. 13), [5] (с. 216). Отмечая, что j™ излучает расходящуюся поперечную цилиндрическую волну (Eф ^ 0 ,Hz ^ 0 ), по­лучаем поверхностную плотность электрического тока на клине

ОО

jp (k;р',ф') = (jm0ю/c2|a0 2a)(-1)sign^s) £ s,

en cos(mKp0 / a)cos(mKp' / a) x

n=0

x

(1)

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 3 де к есть постоянная распространения в радиальном направлении, со есть круговая час­тота, р, 0 есть магнитная проницаемость вакуума, єп есть множитель Неймана,

[(-1),   ф' = <Х

[1,       Ф' = 0 '

Принимая во внимание, что в окрестности угловой точки р' -— 0, кр' -— 0 , получаем

(2)

р0 >р' ,

(к;р ',Ф';кр' «1) « С1™0ю/с2ц02а)(-1)51ёп(Ф')10(кр ')н(1}(кр0) + Я(кр '), где Л(кр ') есть регулярный остаток ряда, для которого Ит11(кр') = 0 при кр ' —> 0

Поверхностная плотность заряда на гранях клина ~ (к; р', ф') = (]™ I / c 2ц 0 2а)(-1)*/_я(ф'     / р') J 0 р') - (ю / c) Jl (kр' )]Н 01) р 0) + + 2 со8(лф0 / а) со8(лф ' / а)[(1 / р' ) Jп/а р') + (ю / с)Jп/а-1 р' ) - (ю / с)(п / акр' ) х х Jл/а р')]Н«а р0) + 2 со5(2пф0 / а) со5(2жр' / а)[(1 / р' ) J211 /а р' ) + (ю / с) х

х J2п/а-1 р') - (ю / с)(2п / акр') J2Л /а р')]Н^а р0 ) }+Л(кр')

и в окрестности угловой точки

~ (к; р', ф'; кр' << 1) « (у™ I / с 2 ц 0 2а)(-1)5/Я«(ф'      р' 0^(кр 0) +

(3)

(4)

+ 2 со5(71ф0 /а) соэ^ф' / а)[(1 / р')(кр' /2)п/а (1/Г(п /а +1)) + (ю / с)(кр' / 2) х (1 / Г(п / а)) - (ю / с)(п / акр')(1 / кр')(кр ' /2)п/2(1/ Г(п / а + 1))]Н^ (кр0) }+ Я(кр ')

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа