Автореферат (Модуль бортовой цифровой антенной решетки), страница 3

Учитывая особенности эквивалентной схемы ТТП ипринимая во внимание результаты измерений её характеристик, мгновенноезначение тока на выходе генератора (5! ) определяется как:5! (6,−FCDE*,, 7 = 8234 ∙ tanh(=> ∙∙ ?tanh ?@> ∙ (G + 1G ∙ (1 − I J 7 K LMNO ,A(6,,−(2)где 8234 – максимально возможная величина тока стока, А;@> – крутизна зависимости тока стока от напряжения затвора;=> – крутизна зависимости тока стока от напряжения стока;P– напряжение отсечки, В;7 – температура канала транзистора, K;I J - температурный коэффициент учитывающий, влияние температуры транзи-стора на максимальную величину тока стока, K-1;τ – временная задержка, с.Определение номиналов элементов, моделирующих контактные площадки транзистора, осуществляется на основе S-параметров ТТП, измеренных в= 0.“холодном” режиме приЗадача определения количества резонансных пиков соответствующих Zпараметров сводятся к задаче нахождения экстремумов функции.

Параметрырезонансных кривых Z-параметров ТТП (резонансная частота, добротность, потери) позволяют найти соответствующие номиналы резонансных контуров:R(%R (,=\ *]R (,=,K ?STUV W6X ,ZR ([,1∙ KWSTUV (6X ,17,YG,,Y∙(3)R(,,(4)#Rгде%R (,R(,#R (,,= K ?STUV W6X ,,YG ∙R(,∙ %R (,– номинал резистора i-резонансного контура, Ом;,(5)– номинал конденсатора i- резонансного контура, Ф;– номинал индуктивности i- резонансного контура, Гн;ZR – добротность резонансной кривой.Коэффициенты полиномиальных функций в выражении (1) находятся изрешения системы нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.Определение порядка полинома происходит итерационным методом, исходя изоценки заданной точности аппроксимации резонансных кривых. В качествеоценки сходимости аппроксимирующей функции к исходной зависимости используется критерий смешанной корреляции R2.Предложенная в диссертационной работе модель ТТП позволяет определить режим работы транзистора в составе СВЧ УМ для обеспечения высокогоКПД при требуемом уровне выходной мощности в заданной полосе рабочихчастот.

Разработанный алгоритм определения параметров ТТП позволяет найтиноминалы элементов эквивалентной электрической схемы без использованияметодов оптимизации.Глава 4 посвящена экспериментальным исследованиям мощных GaAs иGaN транзисторов, а также вопросам технологии и изготовления СВЧ УМ на ихоснове. Для проведения эксперимента была разработана тестовая плата с возможностью ручной настройки (рисунок 9), определены параметры ряда мощных отечественных и зарубежных GaAs и GaN транзисторов, составлены их нелинейные модели. С помощью критерия смешанной корреляции R2 были рассчитаны точность моделирования, которые составили*ВЫХ*ВХ= 0,97 для и= 0,93 для входного и выходного сопротивлений соответственно. Гра-фики зависимости действительной и мнимой составляющих входного и выход-ного сопротивления одной из созданных моделей от частоты представлены нарисунках 6 и 7 соответственно.

Сплошными линиями обозначены результатымоделирования, прерывистыми – экспериментальные данные.18Рисунок 6 – Входное сопротивление модели и результатов измерений мощногоотечественного GaAs транзистораРисунок 7 - Выходное сопротивление модели и результатов измерениймощного отечественного GaAs транзистораНа основании экспериментальных исследований описанного выше транзистора была разработана нелинейная модель Ангелова, а также модель, предложенная в диссертационной работе. Для экспериментального подтверждениярезультатов моделирования был осуществлен монтаж двух аналогичных транзисторов в платы СВЧ УМ, проведена их настройка для максимума выходноймощности в полосе частот 8,5 – 10,5 ГГц, а затем измерение энергетических па19раметров.

Настройка осуществлялась на основании результатов моделированиятранзистора и согласующих цепей СВЧ УМ. Частотные зависимости КПД двухразработанных СВЧ УМ представлены на рисунке 8.СВЧ УМ на основе модели Ангелова обладает максимальной выходноймощностью 1,65 Вт и КПД 31,5%. СВЧ УМ на основе предложенной в диссертационной работе модели обладает максимальной выходной мощностью 1,78Вт и КПД 35,6%. Таким образом, предложенная нелинейная модель обеспечивает увеличение выходной мощности и КПД за счет более точного моделирования режима мощного СВЧ транзистора.Рисунок 8 – Сравнение КПД СВЧ УМ, разработанных по модели Ангелова имодели, предложенной в диссертацииС целью экспериментального подтверждения результатов нелинейногомоделирования был разработан GaN УМ (рисунок 10).

Результаты эксперимента получили хорошее согласование с разработанной моделью УМ. Полоса рабочих частот усилителя составила 8,5 – 9,4 ГГц при неравномерности коэффициента усиления 0,5 дБ. Максимальный уровень выходной мощности составил4,5 Вт при входной мощности 30 мВт.20Рисунок 9 – Тестовая плата для измерений параметров мощных транзисторовРисунок 10 – Изготовленный образецСВЧ усилителя мощностиБыли разработаны и верифицированы нелинейные модели ряда отечественных и зарубежных мощных СВЧ транзисторов. Разработана тестовая плата, обеспечивающие измерения и настройку одно – и многосекционных мощных СВЧ транзисторов в диапазоне от 100 МГц до 20 ГГц. Экспериментальнопоказано увеличение КПД усилителей мощности, разработанных на основепредложенной в диссертационной работе модели, на 3 – 5 % в диапазоне частот8,5 – 10,5 ГГц.ЗаключениеВ диссертационной работе были получены следующие результаты:1.Предложена структура модуля, позволяющая уменьшить габариты имассу многоэлементной бортовой ЦАР за счет исключения СВЧ распределительной системы и управляемых фазовращателей.2.Рассмотрена аналитическая модель формирователя сигналов, позволившая оценить влияние ошибок ССЧ и КМ на выходной сигнал модуляЦАР и сформировать требования к амплитудно-фазовому балансу КМ иуровню спектральной плотности шумов СВЧ генератора несущей – ССЧс цифровым кольцом ФАПЧ.3.Построена модель, позволяющая провести оценку и сравнение энергопотребления традиционной АФАР и ЦАР с предложенной структурой21модуля.

Результаты моделирования показали, что предложенная структура модуля обеспечивает снижение энергопотребления бортовой ЦАРна 3 – 5 % в диапазоне частот 1 – 18 ГГц при использовании коаксиальной разводки и на 2 – 3 % в диапазоне частот 10 – 40 ГГц при использовании волноводной разводки. Увеличение количества излучателей итребуемой выходной мощности приводит к дальнейшему уменьшениюэнергопотребления.4.Разработана тестовая плата, обеспечивающая измерения и настройкуодно – и многосекционных мощных СВЧ транзисторов в диапазоне от100 МГц до 20 ГГц.5.Разработаны и верифицированы нелинейные модели ряда отечественныхи зарубежных мощных GaAs и GaN СВЧ транзисторов. Ошибка при моделировании входных и выходных сопротивлений транзисторов приэтом составляла не более 7% в рабочей полосе частот.6.Экспериментально подтверждено увеличение КПД и уровня выходноймощности усилителей, разработанных на основе предложенной в диссертационной работе модели, на 3 – 5 % и 8 – 10% соответственно вдиапазоне частот 8,5 – 10,5 ГГц по сравнению с моделью Ангелова.7.На основании предложенной нелинейной модели разработан СВЧ усилитель мощности, диапазон рабочих частот которого составил 8,5 – 9,5ГГц, выходная мощность не менее 4,5 Вт, КПД не менее 47%.8.Разработанные топологии передающего и приёмного тракта модулейЦАР обладают малыми массогабаритными характеристиками, а такженизкой стоимостью, что позволяет использовать предложенную схемумодуля в бортовых РЭС.Публикации по теме диссертацииСтатьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:1.Малахов, Р.Ю.

Усилители мощности цифровых антенных решеток бортовых радиоэлектронных систем / Р.Ю. Малахов // Вестник МосковскогоАвиационного Института. – 2014. – № 2, том 21. – с. 135 – 142.22Малахов, Р.Ю. Приёмопередающий модуль цифровой антенной решетки/ Е.М. Добычина, Р.Ю. Малахов // Антенны. – 2014. – № 2 (201). – с. 53 –57.3.Малахов, Р.Ю. Цифровые антенные решетки для бортовых радиолокационных систем / Е.М. Добычина, Р.Ю.

Малахов // Научный вестник МГТУГА. – 2012, №186. – с. 176 – 183.4.Малахов, Р.Ю. Мощные транзисторы для передатчиков бортовых радиолокационных систем / Е.М. Добычина, Р.Ю. Малахов //Научный вестникМГТУ ГА. – 2012, №186. – с. 184 – 190.5.Малахов, Р.Ю. Экстракция параметров мощных СВЧ транзисторов //Научный вестник МГТУ ГА. – 2014, №213, с. 136 – 144.6.Малахов, Р.Ю. Цифровой приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки / Е.М. Добычина, Р.Ю. Малахов // Научныйвестник МГТУ ГА, 2014, №213, с. 117 – 123.Материалы международных научно-технических конференций:7.Малахов, Р.Ю. Усилители мощности цифровых ППМ “smart” – антенн /Р.Ю. Малахов // 10-я Международная конференция «Авиация и космонавтика – 2011».

Москва. Тезисы докладов. – СПб.: Мастерская печати.– 2011. – с. 200 – 201.8.Малахов, Р.Ю. Исследование амплитудных и фазовых ошибок квадратурных модуляторов / Р.Ю. Малахов, В.К. Степанов // 11-я Международная конференция «Авиация и космонавтика – 2012». Москва. Тезисыдокладов.

– СПб.: Мастерская печати. – 2012. – с. 323-324.9.Малахов, Р.Ю. Моделирование мощного AlGaN/GaN усилителя Xдиапазона / Р.Ю. Малахов // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2012. Севастополь, Украина. Сборник тезисов.10.Малахов, Р.Ю. Цифровой приёмопередающий модуль интеллектуальнойантенной решётки / Е.М. Добычина, Р.Ю.