Підвищення стабільності та надійності лінійних частотних модуляторів на базі транзисторних індуктивних елементів - Автореферат

Проте для частотної модуляції на базі кварцових автогенераторів характерне протиріччя, яке полягає в тому, що з однієї сторони необхідно забезпечити високу стабільність частоти при дії зовнішніх факторів, а з другої сторони необхідно змінювати частоту за законом модулюючого сигналу. Застосування керуючих елементів приводить до зниження стабільності частоти за рахунок дії зовнішніх факторів на елемент перебудови, нестабільність його параметрів і т. ін. Проте приведені в цих роботах результати досліджень, направлені переважно на підвищення стабільності середньої частоти та лінійності МХ ЧМ на базі кварцових резонаторів, які ефективно працюють на частотах до 400 МГЦ. Лінеаризація МХ здійснювалась переважно комбінацією паралельного та послідовного вмикання декількох варікапів, що давало можливість забезпечити лінійність МХ при зменшенні девіації частоти. У відомих працях не розглянуті можливості стабілізації середньої частоти на лінійності МХ шляхом вмикання індуктивних елементів на базі транзисторів, які перелаштовуються, мало уваги приділено дослідженню впливу виробничо-технологічних відхилень параметрів компонентів схем на вихідні параметри та характеристики ЧМ, не розтягнуті питання оцінювання ймовірнісних характеристик (забезпечення працездатності) на етапі проектування.Аналіз методів підвищення лінійності МХ і стабільності середньої частоти показав, що використання кварцової стабілізації частоти ефективно в діапазоні частот до 400 МГЦ, при цьому за рахунок введення елемента керування - варікапа стабільність знижується, а лінійність МХ забезпечується при незначих девіаціях частоти. Наближені розрахунки показали, що добротність досягає максимального значення приблизно на частоті , на частотах від до добротність повільно зменшується. Дослідження залежності еквівалентного вхідного опору ТІЕ від струму емітера і напруги на колекторі для партії виробів і різних типів транзисторів показало, що має місце закономірність, яка полягає в тому, що реактивний опір з ростом струму емітера зростає, причому при малих струмах він має ємкісний характер, а вище величини порядку 1 МА, він має індуктивний характер, з ростом струму зростає і ця залежність має випуклий характер. Залежності повного опору, індуктивності та добротності від частоти для складеного транзистора, Оскільки в діапазоні високих і надвисоких частот доцільніше використовувати не параметри фізичної еквівалентної схеми, а параметри розсіювання [S], то в роботі отримано вираз для розрахунку повного опору ТІЕ для випадку, коли використовуються S-параметри транзистора як неузгодженого чотириполюсника можна розрахувати повний опір ТІЕ, еквівалентну індуктивність і добротність. Для спрощення розрахунку МХ запропоновано вирази для апроксимації залежності еквівалентної індуктивності від напруги керування та частоти , які можна записати у такому вигляді де - індуктивність ТІЕ при напрузі , коли статистичний коефіцієнт досягає максимального значення або емітерний перехід повністю відкритий; b - коефіцієнт, величина якого залежить від напруги на колекторі і в діапазоні зміни модулюючого сигналу при дорівнює приблизно 1; - контактна різниця потенціалів; - коефіцієнт, який враховує вплив напруги між емітером і базою транзистора, а також напругу на колекторі.Запропоновано метод компенсації режимної і температурної нестабільності, який на відміну від відомих, враховує залежність еквівалентної індуктивності від зміни напруги між емітером і базою транзистора, що дає можливість компенсувати зміни ємності варікапа, які обумовлені нестабільністю напруги джерела живлення та зміною температури. Запропоновано метод підвищення лінійності модуляційної характеристики частотного модулятора, який на відміну від відомих, враховує залежність еквівалентної індуктивності ТІЕ від миттєвих значень модулюючого сигналу, що дає можливість компенсувати нелінійність вольт-фарадної характеристики варікапа, при цьому нелінійність МХ зменшується від 20% до 2,4%, а індекс модуляції збільшується від 0,44 до 0,84, при приблизно рівних коефіцієнтах нелінійних спотворень по 2-й і 3-й гармоніках. Проведено статистичний аналіз параметрів ТІЕ і ЧМ з використанням компенсації нелінійності вольт-фарадної характеристики на його базі показав, що параметри ТІЕ - еквівалента індуктивність, активний опір і добротність статистично залежні, коефіцієнти кореляції знаходяться в межах від 0,5 до 0,8, а функції густини ймовірності мають гауссівський характер, при цьому коефіцієнт асиметрії складає 0,01, а ексцес - 0,11; параметри ЧМ можуть характеризуватись довільними законами розподілу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота направлена на розв‘язання актуальної наукової задачі підвищення стабільності середньої частоти та лінійності модуляційної характеристики частотного модулятора, а також підвищення його надійності шляхом врахування впливу виробничо-технологічних відхилень параметрів компонентів схем та оптимізації за критерієм максимальної ймовірності забезпечення працездатності на етапі проектування.

Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень полягають у наступному: 1. Запропоновано метод компенсації режимної і температурної нестабільності, який на відміну від відомих, враховує залежність еквівалентної індуктивності від зміни напруги між емітером і базою транзистора, що дає можливість компенсувати зміни ємності варікапа, які обумовлені нестабільністю напруги джерела живлення та зміною температури.

2. Запропоновано метод підвищення лінійності модуляційної характеристики частотного модулятора, який на відміну від відомих, враховує залежність еквівалентної індуктивності ТІЕ від миттєвих значень модулюючого сигналу, що дає можливість компенсувати нелінійність вольт-фарадної характеристики варікапа, при цьому нелінійність МХ зменшується від 20% до 2,4%, а індекс модуляції збільшується від 0,44 до 0,84, при приблизно рівних коефіцієнтах нелінійних спотворень по 2-й і 3-й гармоніках.

3. Проведено статистичний аналіз параметрів ТІЕ і ЧМ з використанням компенсації нелінійності вольт-фарадної характеристики на його базі показав, що параметри ТІЕ - еквівалента індуктивність, активний опір і добротність статистично залежні, коефіцієнти кореляції знаходяться в межах від 0,5 до 0,8, а функції густини ймовірності мають гауссівський характер, при цьому коефіцієнт асиметрії складає 0,01, а ексцес - 0,11; параметри ЧМ можуть характеризуватись довільними законами розподілу.

4. Розроблено методику і проведено перетворення довільних законів розподілу параметрів ЧМ до гауссівських та їх деко реляція, а також отримані вирази для прямих і зворотних перетворень випадкових вхідних параметрів, що дає можливість провести оптимізацію параметрів ЧМ за критерієм максимальної ймовірності забезпечення працездатності на етапі проектування з врахуванням виробничо - технологічних відхилень параметрів компонентів.

5. Запропоновано аналітичний вираз для МХ ЧМ, який на відміну від відомих, які враховують зміну ємності варікапа, враховує вплив миттєвих значень модулюючого сигналу на індуктивність ТІЕ, що дає можливість збільшувати девіацію частоти, як за рахунок зміни індуктивності та ємності при дії миттєвих значень модулюючого сигналу, так і за рахунок частотної залежності індуктивності в області частот вище за .Отримані вирази для розрахунку коефіцієнтів нелінійних спотворень по 2-й і 3-й гармоніках і проведено їх дослідження.

6. Розглянута можливість побудови частотних маніпуляторів з використанням високостабільних генераторів на основі ТІЕ і ЧМ, а також цифрових формувачів частотно-маніпульованих сигналів на базі розроблених ЧМ.

7. Отримав подальший розвиток метод синтезу цифрових радіотехнічних пристроїв, який, на відміну від відомих, використовує частотно-маніпульовані сигнали для представлення інформації, що дало можливість спростити структурну схему шифратора в по рівнянні з використанням традиційних методів синтезу з використанням частотно-імпульсних логічних елементів.

1. Кичак В.М. Оценка влияния сопротивления нагрузки на параметры шестиполюсных СВЧ устройств / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2008. - № 2. - С. 57-60.

2. Кичак В.М. Синтез шифратора двоичного кода с частотно-импульсным представленим информации [Электронный ресурс] / В.М. Кичак, В.В. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд // Наукові праці ВНТУ. - 2009.- № 2. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.ua/e-joumals/VNTU/2009_2_ua/2009-2. files/uk/09vvumsc_ua.pdf.

3. Кичак В.М. Математическая модель индуктивного динамического негатрона / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, В.М.Ткачук // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2009. - № 2. - С. 65-71.

4. Кичак В.М. Метод компенсації нестабільності параметрів частотного модулятора за відсутності модулюючого сигналу / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, П.О. Гаврасієнко, Н.В. Трухачова // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2010. - № 5. - С. 100-104.

5. Кичак В.М. Методы линеаризации модуляционной характеристики частотного модулятора / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, Н.В. Трухачева / Вісник Хмельницького націоналнього університету. - 2010. - № 3. - С. 177-181.

6. Кичак В.М. Прогнозирование статистических характеристик радиотехнических устройств на ранних этапах проектирования / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, В.В. Кичак // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2010. - № 1. - С. 90-93.

7. Кичак В.М. Оптимізація вибору режиму керованої реактивності / О.О., Дрючин, В.М Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд / Вісник Хмельницького національного університету. - 2010. - № 3. - С. 232-237.

8. Кичак В.М. Анализ методов модуляции сигналов с целью повышения помехоустойчивости систем радиодоступа / В.М. Кичак, Н.В., Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, Н.В. Трухачева // Современные проблемы радиоэлектроники, телекоммуникаций и приборостроения: 4-я междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. - 2009. : тезисы докл. - Винница. - С. 84.

9. Кичак В.М. Прогнозирование статистических параметров устройств управления частотой / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, В.В. Кичак // Контроль и управление в сложных системах: 10-я междунар. науч.-техн. конф. - 2010.: тезисы докл. - Винница. - С. 147.

10. Kychak V. Integrated Microwave Modulator Based on Induction of Dynamic / V. Kychak, Nassir Abuhamoud, P. Gavrasienko, N. Trouhachyova // Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science. Proceedings of the International Conference TCSET. - 2010. - Lviv-Slavske. - P. 92.

11. Kychak V. Method of parameters frequency modulator instability compensaftion in the absence of modulating signal / V. Kychak, Nassir Abuhamoud, P. Gavrasienko, N. Trouhachyova // Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science. Proceedings of the International Conference TCSET. - 2010. - Lviv-Slavske. - P. 96-97.

12. Кичак В.М. СВЧ модулятор на основе индуктивного динамического негатрона / В.М. Кичак, Нассир Мансур Махмуд Абухамуд, П.О. Гаврасиенко // Современные проблемы радиоэлектроники, телекоммуникаций и приборостроения: 4-я междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. - 2009.: тезисы докл. - Винница. - С. 83.

Размещено на .ru