Диссертация (1143140), страница 34

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 34)

Например, к радиочастотным линиям задержки на ПАВпредъявляются требования по обеспечению заданной полосы пропускания и уровнюподавления трехпролетного эхо-сигнала. Для фильтров на ПАВ к этим требованиямдобавляются заданный уровень селективности по боковым лепесткам, коэффициентпрямоугольности АЧХ [162]. Таким образом, задача минимизации общего уровня шумапьезокристаллических устройств на ПАВ, работающих совместно с транзисторнымусилителем, сводится к минимизации функционала (5.12) при ограничениях, наложениекоторых связано с удовлетворением характерных для данного класса устройств техническихпараметров. Решение поставленной задачи может быть осуществлено методом нелинейного173программирования при соответствующих классу устройств нелинейных ограничениях.Для демонстрации указанной возможности была проведена комплексная оптимизациясовокупностипараметровпьезоплатыРЛЗиусилителяметодомнелинейногопрограммирования с ограничениями.

Наложение ограничений связано с удовлетворениемзаданной полосе пропускания устройства и уровню подавления трехпролетного эхо-сигнала.Коэффициент передачи по напряжению пьезоплаты определяется в соответствии сэквивалентной схемой (рис. 5-5) выражением:Ku Y 21  YiY 11  YL1  Yi   Y 22  YL 2  YВХ   Y 212(5.15)С учетом (5.14):    2 Y0lB11  BL1  Bi    0  Nkm 2 0  (5.16)    2 Y0lB 22  BL 2  BВХ    0  M BВХkm 2 0  Для случая   0  1 , имеющего место в реальных ситуациях:00B11  BL1  Bi 2B 22  BL 2  BВХ Поскольку0N202Y0lkm 2Mпроцедура(5.17)2 Y0l BВХkm 2оптимизациипроводитсяприудовлетворениималоститрехпролетного эхо-сигнала, возможно в знаменателе (5.15) опустить последнее слагаемое,учитывающее отражения от ВШП.Таким образом, полоса пропускания по уровню 3 дБ определяется уравнением: G 220  GBХ 2  BBХ 2 12Y 21 0, 707 (5.18) G110  Gi 112222Y 21022 2 2 Y 0l    2 2 Y 0l NM BBХ   G11  Gi    G 22  GBХ   2  2km   km 0 0 где G110, G220 - активные проводимости излучения ВШП на частоте акустическогосинхронизма, определяемые в соответствии с (5.5) и (5.6) выражениями:G110  8N 2Y 0l , G220  8M 2Y 0l(5.19)Отношение сигнала трехкратного прохождения к основному сигналу в соответствии с(3.15) определяется выражением:2Y 21Ku ТР ПРY 11  YL1  Yi  Y 22  YL 2  YВХ   Y 212Ku(5.20)174Соответственно, ограничение по уровню подавления трехпролетного эхо-сигнала начастоте акустического синхронизма выражается неравенством:Y 11  YL1  Yi  Y 22  YL 2  YВХY 21  Y 12L(5.21)где L - коэффициент подавления трехпролетного эхо-сигнала, составляющий по современнымтребованиям 40 дБ и более.После подстановки (5.19) в (5.21) неравенство преобразуется к виду:122wGi  GВХ   BВХ   21   1    1L  8 N 2Y 0l   8M 2Y 0l   8M 2Y 0l  (5.22)Таким образом, задача комплексной оптимизации РЛЗ на ПАВ и усилителя по критериюмаксимального отношения сигнала к шуму сводится к минимизации функционала (5.12) приограничении-равенстве (5.18) и ограничении-неравенстве (5.22).

Вычисления проводились длямалошумящих высокочастотных транзисторов типа 2Т3114, 2Т3121 и др., имеющих высокуюграничную частоту, малое значение объемного сопротивления базы и высокое значениекоэффициента передачи по току. Для достижения минимального значения коэффициенташума оптимизируются значения количества пар электродов и апертура входного и выходногоВШП пьезоплаты, а также ток эмиттера входного транзистора усилителя. На каждый изоптимизационных параметров накладываются ограничения сверху и снизу по техническиреализуемым значениям: количество пар электродов ВШП - от 2 до 50; их апертура - от 1 до10 мм; ток эмиттера транзистора - от 0.25 до 10 мА.Поскольку коэффициент шума зависит от четырёх оптимизационных параметров, задачаоптимизации является многомерной.

Возможно изобразить только одно из сечений,зафиксировав две переменные. На рис. 5-6 представлены зависимости функций-ограничений:а) уровня трехпролетного эхо-сигнала, рассчитанного по выражению 5.22, и б)нормированного коэффициента передачи РЛЗ от двух изменяющихся параметров - апертурыl и количество пар электродов N входного ВШП. Именно на линиях пересечения функцийограниченийсзаданнымиуровнямирасположенырешениязадачиоптимизации.Ограничение-неравенство отсекает значения оптимизационных параметров, для которыхуровень трёхпролётного эхо-сигнала превышает заданный. Все приемлемые значенияоптимизационныхпараметроврасполагаютсянижеплоскости,задающейзначениеподавления трехпролетного эхо-сигнала.

На рис. 5-6 этот уровень соответствует -40 дБ.Ограничение-равенство определяет только те значения параметров, при которых полосапропускания устройства будет равна заданной. Только линия пересечения нормированногокоэффициента передачи с горизонтальной плоскостью уровня 0.707 удовлетворяет заданнойполосепропускания.Минимумнелинейногофункционаласледуетискатьпри175оптимизационных параметрах, лежащих на этой кривой.а) Ограничение-неравенство на уровеньтрехпролетного эхо-сигналаб) Ограничение-равенство на полосупропусканияРис. 5-6. Зависимости функций-ограничений: а) уровня трехпролетного эхо-сигнала иб) нормированного коэффициента передачи РЛЗ от двух изменяющихся параметров апертуры l и количества пар электродов N входного ВШП.Ограничения задают области допустимых значений 4-х оптимизационных параметров,эти значения определяют функцию коэффициента шума в четырехмерном пространстве.Таким образом, задача оптимизации коэффициента шума сводится к поиску самой нижнейточки 4-х мерного нелинейного функционала коэффициента шума на линиях ограничений.Эти линии на функционале коэффициента шума, задаваемые ограничениями, представлены нарис.

5-7.Ограничение на уровеньтрёхпролётного сигналаОграничение на полосупропусканияРис. 5-7. Функционал коэффициента шума с наложенными ограничениямиЗависимостиминимумовкоэффициенташумаисоответствующихминимумукоэффициента шума значений параметров оптимизации от сопротивления источника сигналаи от относительной полосы пропускания были рассчитаны для РЛЗ на пьезоплатах израспространённых в акустоэлектронике материалов: ниобата лития YZ - среза (коэффициент176электромеханической связи km2 = 0,048, ёмкость пары электродов на единицу длиныC0 = 4,6 пФ/см), танталата лития YZ-среза (km2 = 0,0074, C0 = 5,7 пФ/см), оксида цинка(km2 = 0,004, C0 = 4,5 пФ/см) и кварца YX-среза (km2 = 0,0023, C0 = 0,55 пФ/см) [163].Рассмотрены случаи широкой (30 %) и узкой (5 %) полос пропускания РЛЗ и использованиедвунаправленных (w = 2) и однонаправленных (w = 1) ВШП.

Разработанными конструкциямиоднонаправленных ВШП являются: однонаправленные преобразователи на основе U образного многополоскового ответвителя; однофазные однонаправленные преобразователи сэлектродами взвешенной ширины, чередующейся толщиной электродов, чередованиемобычного ВШП и многополоскового ответвителя, с холостыми плавающими электродами;25 [164,165].многофазные однонаправленные преобразователиРезультаты проведенной оптимизации представлены на рис. 5-8 ÷ 5-14.

Расчетыпроизводились в среде LabVIEW, использующей скрипты нелинейной оптимизации пакета20F, дБ; параметры оптимизацииMATLab. Каждая точка на любом из графиков соответствует решению задачи поискаминимума нелинейного функционала коэффициента шума при нелинейном ограничении15равенстве и нелинейном ограничении-неравенстве.25F, дБ; параметры оптимизации201051500,11010минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 40 дБ)минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 80 дБ)количество пар электродов входного ВШПколичество пар электродов выходного ВШПапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мА500,11Ri, кОм1Ri, кОм10Рис.

5-8. Зависимостькоэффициенташума и оптимальных параметровминимизированныйкоэффициент шума,дБ(при уровнеподавления трёхпролётногоэхо-сигналапропускания40 дБ)широкополоснойРЛЗ(полоса30 %) на ниобате литияминимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётногоэхо-сигнала 80 дБ)от сопротивленияисточника сигналаколичество пар электродов входного ВШПколичество пар электродов выходного ВШПапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мАF, дБ; параметры оптимизаци20177301510F, дБ; параметры оптимизации2552000,0515Ri, кОм550минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 40 дБ)минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 60 дБ)минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 80 дБ)количество пар электродов входного ВШПколичество пар электродов выходного ВШПапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мА10500,050,50,5Ri, кОм550Рис.

5-9. Зависимостькоэффициенташума и оптимальных параметровминимизированныйкоэффициент шума,дБ(при уровнеподавлениятрёхпролётногоэхо-сигнала40дБ)узкополосной РЛЗ (полоса пропускания 5 %) на ниобате литияминимизированный коэффициент шума, дБот сопротивленияисточника сигнала(при уровне подавления трёхпролётногоэхо-сигнала 60 дБ)минимизированный коэффициент шума, дБ(при уровне подавления трёхпролётного эхо-сигнала 80 дБ)Характерныеминимальногокоэффициента шума и апертуры ВШПколичество парразрывыэлектродов входногоВШПколичество пар электродов выходного ВШПВШП, ммнекоторыхапертурапромежуткахна рис. 5-8, 5-10 и 5-12 связаны с введённым ограничениемток эмиттера транзистора, мАнанацелочисленность количества электродов: в местах, где количества пар электродов обоих ВШПменяются медленно, коэффициент шума принимает большее значение, чем если зависимостьот количеств электродов была бы непрерывной, компенсируя дискретное отдаление отминимума другой переменной.

Ограничения сверху и снизу на оптимизирующие параметрыпо технически реализуемым значениям приводят увеличению минимального коэффициенташума. Так, например, на рис. 5-8 коэффициент шума увеличивается при уменьшениисопротивления источника сигнала из-за достигнутого предела апертуры ВШП.Для широкополосной линии задержки приведена зависимость только для материала ниобаталития (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации