На правах рукописи

Драгунов Виталий Анатольевич

ИНТЕГРАЦИЯ УЗЛОВ ПЕРЕДАЮЩЕЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ

МНОГОЛУЧЕВОЙ АФАР С-ДИАПАЗОНА

Специальность 05.12.07

«Антенны, СВЧ - устройства и их технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Научнопроизводственный центр «СПУРТ» (г. Москва).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Петров Александр Сергеевич кандидат технических наук, Чистюхин Виктор Васильевич

Ведущая организация: ОАО «Радиофизика» (г. Москва)

Защита диссертации состоится «_ » 2010 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д 850.012.01 ГУП НПЦ «СПУРТ» по адресу: 124460, г. Москва, Зеленоград, 1-ый Западный проезд, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП НПЦ «СПУРТ».

Автореферат разослан «_ » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., c.н.с Петров В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В современных системах спутниковой связи (ССС), системах связи нового поколения, ретрансляторах космического базирования, использующих активные фазированные антенные решётки (АФАР), возникла необходимость создания многоканальных модулей для многолучевых приемных и передающих АФАР с целью снижения массогабаритных характеристик и возможностью решения выполнения сложных тактико-технических требований решеток. В связи с этим при разработке бортовой аппаратуры космических систем связи встает задача повышения интеграции и многофункциональности узлов АФАР.

В данной работе рассматривается быстродействующая многолучевая передающая АФАР С-диапазона для космического ретранслятора, который осуществляет полную обработку сигнала на борту и ретрансляцию сигналов от всех типов абонентов в сети связи. Известно, что основными характеристиками любого канала связи являются помехоустойчивость и пропускная способность. Пропускная способность канала определяется как максимально возможная скорость передачи сообщений при заданных характеристиках канала связи. Если имеется N изолированных лучей системы с шириной полосы частот B в каждом, то полная скорость передачи информации в этом случае увеличивается в N раз и соответствует N*B.

Традиционно формирование многолучевых диаграмм направленности передающих АФАР с независимым управлением пространственным положением лучей осуществляется обычно применением диаграммообразующей системы для каждого луча диаграммы направленности. Однако, если ставится задача многоканальной работы со своими поднесущими частотами при формировании предельных энергетических характеристик решетки (работа усилителей в режиме насыщения), то одновременное существование нескольких лучей диаграммы направленности при общей активной апертуре (многочастотная работа выходных усилителей мощности) приводит к возникновению спектра паразитных интермодуляционных частотных составляющих, что вносит значительные искажения в передаваемую информацию.

Подавление их осуществляется переводом усилителей в линейный режим работы, но это приводит к уменьшению выходной мощности усилителей.

Поэтому для устранения указанных недостатков в данной работе предлагается принцип излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при котором включение каждого луча должно осуществляться со скважностью равной числу лучей. В нашем случае время установления луча в зону не более 10 нС. Таким образом, предлагаемый принцип включения лучей передающей АФАР и быстрое время установления лучей позволяют увеличить скорость передачи данных без наличия возникновения нелинейностей на борту ретранслятора. Помимо этого режима работы, в рассматриваемой передающей АФАР космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту должен быть осуществлен пакетный режим передачи информационных данных. В пакетном режиме работы используется кодовременное уплотнение канала связи. При кодовременном уплотнении для излучения сигналов выделяется определенный, периодически повторяемый временной интервал. Интервалы излучения всех станций взаимно синхронизованы, в силу чего перекрытие их не происходит. Все это в работе рассматриваемой передающей АФАР направленно на увеличение скорости передачи данных и увеличение активных абонентов сети.

В литературе отсутствуют сведения о зарубежном аналоге такого космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту. Отечественных аналогов нет.

Для реализации предлагаемого принципа формирования лучей для быстродействующей многолучевой передающей АФАР в стробовом режиме работы и для осуществления работы в пакетном режиме рассматриваемого космического ретранслятора С-диапазона возникла необходимость создания комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы, в котором необходимо осуществить интеграцию СВЧ части блока с низкочастотной частью многофункционального назначения. Такая интеграция позволяет обеспечить выполнение требований по заданному времени установления лучей в стробовом и пакетном режимах работы, по массогабаритным характеристикам, по помехозащищенности передаваемой информации и высокой степени ее достоверности.

';

Таким образом, научно-техническая проблема, которая решается в данной работе, связана с разработкой концепции создания и реализации комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы для быстродействующих многолучевых АФАР, формирующих узкие лучи высокой мощности, космических ретрансляторов с полной обработкой сигнала на борту.

Существенный вклад в область повышения эффективности использования систем спутниковой связи внесли российские ученые:

Ю.Б. Зубарев, Г.Я. Гуськов, Л.Я. Кантор, М.Г. Локшин, И.М. Тепляков.

Объектом исследования являются быстродействующие передающие активные фазированные антенны С-диапазона для ретрансляторов космического базирования.

Предметом исследования является метод создания многофункционального комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы многолучевой быстродействующей передающей активной фазированной антенной решетки С-диапазона.

Цель и задачи работы Целью диссертационной работы является решение научно технической проблемы создания многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей системы многолучевой быстродействующей передающей активной фазированной антенной решетки С-диапазона ретранслятора космического базирования с полной обработкой сигнала на борту.

Цель достигается путем решения следующих задач:

1. Исследование основных принципов интеграции составных компонентов комплексного СВЧ блока и разработка функциональной схемы блока, обеспечивающей работу блока с заданными требованиями по быстродействию в стробовом и пакетном режимах.

2. Определение конструктивно-технологических требований по разложению СВЧ части и по миниатюризации низкочастотной части комплексного блока.

3. Определение варианта схемы быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя для СВЧ части блока. Проведение исследований по выбору активного элемента, обеспечивающего работу фазовращателя в статическом и динамическом режимах по управлению.

4. Определение критериев для осуществления реализации генератора двоичной псевдослучайной последовательности в составе комплексного блока.

5. Осуществление бинарной фазовой модуляции 0- на частоте несущей 180-и градусным дискретом быстродействующего фазовращателя в стробовом режиме работы комплексного блока.

6. Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала в составе передающей АФАР ретранслятора для комплексного СВЧ блока в пакетном режиме работы.

7. Определение требований к выбору схем скремблера и дескремблера при работе комплексного СВЧ блока в стробовом и пакетных режимах для обеспечения заданной достоверности передаваемой информации.

Методы исследований.

При проведении исследований в диссертационной работе использовался математический аппарат, основанный на классических методах линейной алгебры и теории цепей, методы компьютерного моделирования и натурного эксперимента.

Научная новизна.

1. Впервые предложены принципы интегрирования узлов передающей быстродействующей многолучевой АФАР С-диапазона космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту в многофункциональный комплексный блок СВЧ для диаграммообразующей системы с целью повышения пропускной способности каналов связи.

2. Формирование лучей быстродействующей передающей АФАР на основе излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при которых включение каждого луча осуществляется со скважностью равной числу лучей.

3. Осуществление бинарной фазовой модуляции 0- на частоте несущей 180-и градусным дискретом быстродействующего фазовращателя для стробового режима работы комплексного блока.

4. Реализация 4-х генераторов псевдослучайных последовательностей Голда при максимальной их минимизации в составе комплексного СВЧ блока с учетом определения сочетания характеристических многочленов Мпоследовательностей, дающие оптимальные значения взаимокорреляционной функции в ПСП Голда.

5. Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала для многофункционального комплексного СВЧ блока диаграммообразующей системы передающей АФАР ретранслятора космического базирования в пакетном режиме работы.

6. Впервые создан многофункциональный комплексный блок СВЧ, для диаграммообразующей системы, обеспечивающий стробовый и пакетный режимы работы многолучевой передающей АФАР С-диапазона космического ретранслятора с полной обработкой сигнала на борту.

Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Принципы построения многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей системы многолучевой передающей АФАР с целью увеличения быстродействия, пропускной способности и уменьшения массогабаритных характеристик данной АФАР.

2. Выбор в качестве варианта схемы 3-дискретного быстродействующего фазовращателя квазимонолитной схемы на ключевых арсенидгалиевых транзисторах с барьером Шотки.

3. Решение вопросов по минимизации низкочастотной части комплексного блока диаграммообразующей системы для работы в стробовом и пакетном режимах.

4. Формирование группового сигнала передающей АФАР для работы в пакетном режиме.

5. Результаты разработки и экспериментальных исследований созданного многофункционального комплексного СВЧ блока для диаграммообразующей системы многолучевой быстродействующей передающей АФАР.

Практическая значимость полученных положений.

1. Разработана концепция построения многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ для многолучевой передающей АФАР, адаптированная к серийному производству. Построение комплексного блока с использованием данной концепции позволило реализовать бортовую передающую АФАР изделия 14Р512 с высокими техническими и массогабаритными характеристиками.

2. Предложен принцип формирования лучей быстродействующей передающей АФАР на основе излучения кратковременных периодических посылок радиоимпульсов, при котором включение каждого луча осуществляется со скважностью равной числу лучей.

3. Формирование группового сигнала и реализация модулированного СВЧ сигнала для осуществления работы многофункционального комплексного блока СВЧ передающей АФАР в пакетном режиме.

Достоверность результатов диссертационной работы.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается:

- комплектностью проведенных исследований, с использованием современных средств компьютерного моделирования;

- экспериментальной проверкой теоретических результатов;

- обсуждениями на научно-технических конференциях, ссылками в технической литературе;

- положительными результатами использования результатов в изделии 14Р512.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы в виде конструкторских и технологических документов внедрены на предприятиях ГУП НПЦ «Спурт» г.

Зеленоград и ОАО «Ижевский радиозавод» г. Ижевск.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях:

- Микроэлектроника и информатика-2000: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов;

- Микроэлектроника и информатика-2004: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов.

Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 6 работах. Из них 3 статьи опубликованы в научно-технических журналах РФ из перечня ВАК Минобразования.

Личный вклад.

Все выносимые на защиту результаты и положения, составляющие основное содержание диссертационной работы разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии. Интерпретация основных научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 54 наименований и приложений. Общий объем работы без учета приложений составляет 120 страниц, диссертация содержит 43 рисунка и таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение обосновывается актуальность темы исследований, сформулированы цель и задача диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость, положения, выносимые на защиту, определяется структура и объем диссертационной работы.

В первой главе рассматривается концепция интегрирования узлов, входящих в состав многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ диаграммообразующей системы многолучевой передающей АФАР С-диапазона. Ставится вопрос исследования и оценки реализации интеграции максимально возможного количества узлов решетки в одном комплексном СВЧ блоке диаграммообразующей системе. Рассмотрена функциональная схема комплексного блока с учетом технических требований, предъявляемых блоку.

Рассмотрено разложение СВЧ плат и микросборок в СВЧ части блока, дано обоснование выбора в качестве схемы быстродействующего 3-х дискретного фазовращателя квазимонолитной схемы с использованием полевого ключевого транзистора на арсениде галлия с барьером Шотки 3П388А-3.

Данная схема позволяет обеспечить работу фазовращателя в статическом и динамическом режимах по управлению. Приведены расчетные данные, электрические схемы и топологии отдельных устройств, входящих в СВЧ часть комплексного блока.

Вторая глава посвящена формированию низкочастотной части комплексного блока для обеспечения работы его в стробовом и пакетном режимах. В состав низкочастотной части комплексного блока входят: генератор стробов и генератор частоты, ОЗУ для хранения ФП и устройство управления, дешифратор команд и мультиплексор, 4 генератора двоичной последовательности Голда и схемы сложения по модулю 2 последовательности Голда с входной информацией, схема регистров обеспечения параллельной выдачи фазовых программ, и схемы триггеров привязки.

Разработаны технические решения реализации по управлению 3-х дискретных фазовращателей низкочастотной частью многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ.

Рассмотрены прием команд управления фазовых программ и схемы хранения фазовых программ.

Проектирование 4-х генераторов Голда, входящих в состав комплексного блока СВЧ, проведено с учетом того, что им отведено не более 15% от общего числа логических блоков низкочастотной части блока. При реализации, этому условию удовлетворяют только полиномы с разрядностью k=9, это 12% от общего числа логических блоков и k=10 это 15% от общего числа логических блоков. При дальнейшем рассмотрении к генераторам Голда добавляется дополнительная логика, включающая в себя ячейки хранения полиномов, что добавляет к вычислениям занимаемого объема в среднем еще по 1% от общего числа логических блоков. Из-за этого М- последовательности с k = 10 не подходят.

Рассмотрены несколько видов цифровых автоматов Мпоследовательностей, образующих последовательности Голда. Определена структурная схема генератора М-последовательности, правильность выбора которой подтверждена расчетом автокорреляционной функции. Автокорреляцией принято называть согласование сигнала с собственной запаздывающей версией. Автокорреляционная функция Rx() дает меру похожести сигнала с собственной копией, смещенной на единиц времени. Если сигнал x(t) является периодическим с периодом N, то среднее по времени можно брать по одному периоду N, а автокорреляционную функцию выражать следующим образом:

Автокорреляционная функция действительного периодического сигнала имеет следующие свойства:

Нормированная автокорреляционная функция псевдослучайного сигнала с единичной длительностью элементарного сигнала и периодом N элементарных сигналов может быть записана следующим образом:

где А – разница между числом соответствий и несоответствий при сравнении одного полного периода последовательности с ее модификацией, полученной путем циклического сдвига на позиций.

Очевидно, что для = 0, т.е. когда сигнал x(t) и его копия идеально совпадают, Rx() = 1. В тоже время для любого циклического сдвига между x(t) и x(t + ) при 1 < N автокорреляционная функция равна -1/N (для больших значений N последовательности практически декоррелируют между собой при сдвиге на один элементарный сигнал). Так как k =9, то исходя из формулы:

получаем N = 511. Тогда график нормированной автокорреляционной функции М-последовательности Rx() имеет вид, показанный на рис. 1.

Рис. 1 Автокорреляционная функция псевдослучайной последовательности Выбраны характеристические многочлены М-последовательностей, при которых взаимокорреляционная функция наиболее оптимальна. Взаимокорреляционная функция - функция времени, позволяющая судить о степени подобия двух сигналов и имеющая размерность энергии или мощности. Приведен алгоритм выбора пар коэффициентов полиномов с наиболее оптимальными свойствами.

Далее рассмотрено использование современной элементной базы в разработке вычислительных устройств, особенно это касается комплексных блоков, блоков которые содержат несколько устройств разного типа: СВЧ устройства, систему управления блоком и системы питания, что позволяет решить ряд сложных вопросов, таких как улучшение временных характеристик распространения сигналов управления СВЧ устройствами и уменьшение массогабаритных показателей. При совмещении СВЧ части комплексного блока С-диапазона с платой выдачи управляющих сигналов на фазовращатели эти вопросы встают наиболее остро.

Изначально в гибридно-интегральных схемах быстродействующих фазовращателей С-диапазона со временем переключения фазы менее 10 нС в качестве переключательного активного элемента использовался p-i-n диод 2А547А-3 («Самшит»). Управление такими фазовращателями с целью обеспечения необходимого времени переключения осуществлялось с помощью усилителя-формирователя. Схема усилителя-формирователя реализовывалась на транзисторах разной полярности, включенных по схеме с общем эмиттером с объединенными коллекторами. Нагрузкой схемы управления служили p-i-n диоды, включенные по управлению параллельно, ток управления составлял 6 7 мА. Данный усилитель-формирователь обеспечивал работу фазовращателя в статическом и динамическом режимах. Мощность потребления усилителя-формирователя составляла 170 мВт. Для обеспечения равенства времени включения и выключения p-i-n диода в микросборке усилителя-формирователя требовалось подборка резисторов и емкостей.

Размер микросборки усилителя-формирователя 48 x 16 мм2.

В нашем случае при применении арсенид-галиевых транзисторов в СВЧ части позволило упростить схему управления. Но возникла другая задача, управление арсенид-галиевыми транзисторами осуществляется путем подачи управляющего напряжения от схемы управления от 0 до минус 6В.

При решении задачи в «лоб» сразу просится установить на управляющие сигналы преобразователи напряжения, но достаточно быстрых преобразователей не существует. Если решать задачу преобразования управляющих сигналов с 0В и +5В до 0В и минус 6В на дискретных элементах, то возникают трудности по выполнению требований по массогабаритным показателям, не говоря уже об энергетических затратах. Поэтому при анализе различных схем управления удовлетворяющих следующим требованиям:

- время переключения между «1», «0» и обратно должно не превышать 4 - 6 нС;

- выходное напряжение должно быть от 0В до минус 6В;

- занимать на плате как можно меньше места (в идеале 1 корпус на фазовращатель);

- по возможности не требовать дополнительных настроек, был сделан выбор в пользу цифровой микросхемы MC74AC244 фирмы FAIRCHILD.

Эта микросхема может работать при напряжении питания до 7 вольт, причем падение напряжения на выходе микросхемы не сильно отличается от напряжения питания, время же нарастания сигнала до максимальной величины и время убывания до минимума равны, что очень важно при управлении распространения СВЧ сигнала в АФАР, и составляет 6 нС. Число управляемых выходов равно 8, что сокращает число корпусов с 54 до 7.

Размер микросхемы 12,6 x7,8 мм2.

Использование микросхем MC74AC244 при выдаче фазовых программ на СВЧ транзисторы позволило существенно снизить процесс регулировки комплексного блока, так как микросхемы не требуют дополнительной регулировки. К тому же использование связки из арсенид-галиевых транзисторов и микросхем MC74AC244 значительно уменьшает потребляемую мощность выходного каскада до 50 мВт на каждый из 18 фазовращателей, в то же время при использовании p-i-n диодов с усилителем-формирователем потребляемая мощность составляет 170 мВт на каждый из 18 фазовращателей.

Третья глава посвящена вопросам реализации пакетного режима работы низкочастотной части комплексного блока СВЧ. Рассмотрены два режима работы низкочастотной части комплексного блока СВЧ: стробовый и пакетный. На рис. 2 представлена обобщенная структурная схема стробового режима работы, а на рис. 3 структурная схема пакетного режима работы.

Приведены основные отличая между режимами, как по числу одновременно поддерживаемых абонентов, так и по способу и «месту» модуляции. В стробовом режиме работы используется бинарная модуляция 0-, которая осуществляется на частоте несущей СВЧ сигала в самом блоке, когда передаваемая информация суммируется по модулю 2 с ПСП Голда и поступает на 180–градусный дискрет фазовращателя. Число одновременно работающих абонентов равно 4. В пакетном же режиме число направлений переключения луча АФАР увеличено до 256 (число одновременно работающих в системе), а получение модулирующего сигнала (группового сигнала) проходит вне блока, в блоках кодовременного уплотнения (КВУ) устройства обработки сигнала (УОС). Далее рассмотрено формирование группового сигнала в блоках (КВУ) устройства в составе передающей АФАР и поступление модулированного СВЧ сигнала на вход комплексного блока при работе в пакетном режиме. Рассмотрены способы скремблирования дескремблирования в блоках КВУ и низкочастотной части комплексного блока СВЧ. В осРис. 2 Обобщенная структурная схема стробового режима работы комплексного блока СВЧ быстрого переключения Рис. 3 Обобщенная структурная схема пакетного режима работы комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР С-диапазона.

нове скремблирования лежит обратимое преобразование структуры информационного потока без изменения скорости передачи с целью получения свойств ПСП. Это делается из-за того, что информация может иметь произвольную статистическую структуру, которая не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым синхронным способам передачи. Среди этих требований основными являются следующие:

Частота смены символов (1, 0) должна обеспечивать надежное выделение тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала.

Спектральная плотность мощности передаваемого сигнала должна быть, по возможности, постоянной и сосредоточенной в заданной области частот с целью снижения взаимного влияния каналов.

Рис. 4 Внешний вид комплексного блока со стороны СВЧ части Приведенные требования должны выполняться независимо от структуры передаваемого сообщения. Поэтому в синхронных системах исходная последовательность двоичных посылок часто подвергается определенной обработке. Смысл такой обработки состоит в получении последовательности, в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной, что позволяет удовлетворить двум названным выше требованиям.

В четвертой главе рассмотрены вопросы реализации комплексного блока СВЧ быстрого переключения луча АФАР. Приведено конструктивное решение комплексного блока как для СВЧ части, так и для низкочастотной части блока. На рис. 4 показан внешний вид комплексного блока СВЧ со стороны СВЧ части. СВЧ часть блока разделена центральным экраном на две половины, каждая половина закрыта своей крышкой. Крышки на СВЧ часть выполнены с фрезерованными ребрами жесткости с целью уменьшения массы блока.

Рассмотрено использование программно-аппаратных средств, при разработке низкочастотной части комплексного блока. Для разработки программного обеспечения процессора ADSP фирмы ANALOG DEVICES используется интегрированная среда разработки и отладки VisualDSP++ 3.5.

Эта среда включает в себя редактор, ориентированный на написание программ на языке Си и ассемблер, симулятор, также доступна внутрисхемная эмуляция при использовании соответствующей платы развития. Эта среда выполняется на IBM PC в операционной системе Windows или Linux. Для разработки логических схем на базе ПЛИС фирмы Xilinx применяется система автоматического проектирования (САПР) WebPACK ISE. Программные средства WebPACK ISE представляют собой систему сквозного проектирования, которая реализует все этапы создания цифрового устройства на базе ПЛИС, включая программирование кристалла: разработка проекта, синтез, моделирование, трассировка и загрузка в кристалл Далее приведены полученные технические параметры реализованного комплексного блока СВЧ для стробового режима работы блока, когда бинарная фазовая модуляция 0- на частоте несущей осуществляется внутри комплексного блока. Время переключения каждого дискрета фазовращателя 1- нС. СВЧ часть комплексного многофункционального блока оптимизирована по потерям и фазе, в таблице приведены величины КСВН потерь, фазы по каналам при статическом управлении ключевыми арсенид-галлиевыми транзисторами 3П388А-3.

Таблица КСВН 1,07 1,34 1,09 1,32 1,28 1,4 1,37 1,34 КСВН 1,09 1,23 1,3 1,56 1,46 1,18 1,23 1, L, дБ 16,2 16,3 16,7 16,3 16,0 16,3 16,6 16,2 L, дБ 16,8 16,6 17,3 17,2 17,1 16,8 17,4 17, КСВН 1,23 1,41 1,17 1,43 1,6 1,49 1,45 1,6 КСВН 1,63 1,64 1,56 1,59 1,56 1,32 1,6 1, L, дБ 15,4 15,4 15,5 15,2 15,7 15,9 15,9 15,8 L, дБ 16,5 16,8 16,9 16,3 16,8 16,9 17,0 16, КСВН 1,26 1,12 1,28 1,37 1,48 1,17 1,19 1,36 КСВН 1,6 1,65 1,56 1,58 1,59 1,29 1,54 1, L, дБ 16,5 16,4 16,8 16,5 16,7 16,3 16,7 16,2 L, дБ 16,9 16,8 16,7 16,9 17,1 17,0 17,0 16, КСВН 1,25 1,53 1,22 1,58 1,32 1,31 1,36 1,29 КСВН 1,13 1,37 1,26 1,48 1,67 1,39 1,43 1, L, дБ 16,6 16,7 16,7 16,7 16,6 16,8 17,0 16,9 L, дБ 16,9 17,0 17,4 16,8 17,1 17,1 17,5 17, КСВН 1,33 1,43 1,48 1,43 1,6 1,3 1,49 1,16 КСВН 1,24 1,34 1,3 1,56 1,38 1,23 1,29 1, L, дБ 16,6 16,7 16,9 16,7 16,2 16,5 16,9 16,8 L, дБ 16,9 16,9 17,2 17,1 17,1 17,0 17,4 17, КСВН 1,4 1,6 1,46 1,6 1,31 1,2 1,22 1,32 КСВН 1,29 1,39 1,23 1,49 1,37 1,36 1,3 1, L, дБ 16,8 16,8 16,7 16,9 16,7 16,8 16,9 16,8 L, дБ 16,7 16,9 17,1 16,8 16,8 16,9 17,1 16, КСВН 1,32 1,13 1,3 1,15 1,51 1,32 1,41 1,41 КСВН 1,12 1,3 1,15 1,38 1,54 1,54 1,54 1, L, дБ 17,0 16,9 17,1 16,9 16,7 16,8 17,0 16,9 L, дБ 16,8 16,7 17,0 16,6 17,0 16,9 17,2 16, КСВН 1,41 1,38 1,36 1,65 1,53 1,45 1,46 1,21 КСВН 1,26 1,44 1,6 1,45 1,35 1,33 1,39 1, L, дБ 16,4 16,4 16,4 16,2 16,6 16,7 16,8 16,3 L, дБ 16,0 16,4 16,0 16,2 16,4 16,8 16,4 16, КСВН 1,17 1,47 1,2 1,49 1,39 1,2 1,38 1,26 КСВН 1,19 1,07 1,44 1,23 1,45 1,42 1,59 1, L, дБ 17,0 17,1 17,3 17,0 17,2 17,3 17,5 17,3 L, дБ 16,4 16,2 16,7 16,1 16,4 16,3 16,7 16, На рис. 5 приведен спектр фазовой модуляции 0 –, осуществляемой в блоке 180-и градусным дискретом фазовращателя, когда осуществляется динамическое управление транзисторами 3П388А-3.

В заключении освещены полученные в диссертации научные и практические результаты.

Рис. 5 Спектр фазовой модуляции 0 – а) с генераторов Голда, б) с меандром 2,5 МГц при динамическом управление транзистора фазовращателя.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В процессе выполнения диссертационной работы разработана научно техническая концепция реализации многофункционального многоканального комплексного блока СВЧ диаграммообразующей системы для многолучевой быстродействующей передающей АФАР С-диапазона, позволяющего интегрировать ряд узлов активной решетки, при этом получены следующие основные результаты:

1. Рассмотрены основные задачи, решаемые многофункциональным многоканальным комплексным блоком СВЧ для работы в составе диаграммообразующей системы быстродействующей многолучевой передающей АФАР ретранслятора космического базирования.

2. Для реализации 18-и канального многофункционального комплексного блока СВЧ предложено конструктивное решение данного блока.

3. Проведено разложение СВЧ полотна на 18 каналов с учетом работы блока в основном и резервном режимах в СВЧ части комплексного блока, позволившее не иметь паразитных объемных резонансов в рабочем диапазоне частот.

4. Определен и обоснован выбор схемы 3-х дискретного быстродействующего фазовращателя в виде квазимонолитной схемы с использованием в качестве активного элемента отечественного переключающего транзистора на арсениде галлия с барьером Шотки 3П388А-3 для обеспечения работы фазовращателей как в статическом, так и в динамическом режимах по управлению.

5. Выбрана элементная база и реализовано управление низкочастотной частью блока фазой сигнала, исходя из требований к работе комплексного блока и электрических параметров квазимонолитной схемы быстродействующих 3-х дискретных фазовращателей.

6. Технически обоснована реализация отдельных блоков функциональной схемы управления фазой сигнала в низкочастотной части блока и их взаимодействие при работе комплексного блока в стробовом и пакетном режимах.

7. Показано осуществление бинарной фазовой модуляции 0- на частоте несущей 180-и градусным дискретом быстродействующего фазовращателя для стробового режима работы комплексного блока СВЧ.

8. Проведен анализ и выбор функциональной схемы М-последовательности, входящей в состав генератора псевдослучайной последовательности Голда с учетом того, что для реализации четырех генераторов Голда в низкочастотной части блока отведено не более 15% от общего числа логических блоков. Разрядность сдвигового регистра, она же разрядность характеристических многочленов k должно быть не более 9.

9. Приведен алгоритм расчета взаимокорреляционных функций псевдослучайной последовательности Голда, на основе которого определены сочетания характеристических многочленов М-последовательностей, дающих оптимальные значения этих функций.

10. Показано осуществление формирования группового сигнала блоками кодовременного уплотнения (КВУ) и реализация модулированного СВЧ сигнала в устройстве обработки сигнала (УОС) передающей АФАР для комплексного блока СВЧ в пакетном режиме работы.

11. Реализован фильтр «приподнятого косинуса» при формировании группового сигнала в блоках КВУ. Этот метод фильтрации используется в блоках кода временного уплотнения устройства УОС для улучшения компактности спектра сигнала с двухпозиционной фазовой манипуляцией и снижения потерь от межсимвольных искажений.

12. Подробно рассмотрены основные методы скремблирования и дескремблирования для обеспечения заданной достоверности передаваемой информации, обоснован выбор схемы скремблирования используемый в бинарной фазовой модуляции 0- на частоте несущей 180-и градусным дискретом в блоке управления фазой сигнала при стробовом режиме работы и в блоках кода временного уплотнения при получении группового сигнала для пакетного режима работы.

13. Разработана конструкция блока, при которой размещение основных частей комплексного блока относительно друг друга наиболее оптимально, при этом блок отвечает всем тактикотехническим требованиям. Особое внимание уделено ремонтопригодности как СВЧ части, так и низкочастотной части комплексного блока передающей АФАР С-диапазона.

14. Реализованный многофункциональный многоканальный комплексный блок СВЧ для многолучевой быстродействующей передающей АФАР имеет следующие основные параметры: вариация потерь в каждом канале не более 0,5дБ; точность установки фазы не более 8-100; время переключения каждого канала не более 2нс; подавление несущей в спектре шумоподобного сигнала в стробовом режиме работы 35-40дБ.

15. Разработанный многофункциональный многоканальный комплексный блок СВЧ позволил реализовать бортовую передающую АФАР изделия 14Р512 с заданными техническими и массогабаритными характеристиками.

Отечественного аналога разработанного блока нет.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК 1. Драгунов В.А, Мартынова В.П., Проектирование СВЧ части 18-ти канального комплексного блока быстрого переключения луча передающей АФАР С-диапазона. Вопросы Радиоэлектроники, Серия ОТ, 2009, выпуск 3, стр. 59-67.

2. Драгунов В.А. Управление арсенид-галлиевыми транзисторами 3-х дискретных фазовращателей комплексного блока быстрого переключения луча АФАР. Вопросы Радиоэлектроники, Серия ОТ, 2009, выпуск 3, 2009, стр. 67-71.

3. Драгунов В.А. Миниатюризация низкочастотной части комплексного блока быстрого переключения луча передающей АФАР С-диапазона. Вопросы Радиоэлектроники, Серия ОТ, 2009, выпуск 3, 2009, стр. 71-76.

Материалы конференций и семинаров 1. Драгунов В.А., Гладышев Ю. С. Метод цифровой фильтрации на базе сигнального процессора TMS320-С25./ Микроэлектроника и информатикаВсероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов – М.: МИЭТ, 2000. – С.141.

2. Корнеева Г.В., Драгунов В.А., Стругов С. А. Виды (поиск оптимальных) модулирующих сигналов двухфазной модуляции на выходе передатчика радиосигнала. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню радио. Выпуск LXII. - M. - 2008, “Инсвязьиздат”. – 478 с.

3. Драгунов В.П., Мартынова В.П., Генератор двоичной псевдослучайной последовательности в составе комплексного блока СВЧ. Микроэлектроника и информатика-2004: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов – М.: МИЭТ, 2004. – Стр.213.