CC BY
51
проксимации; кривая 3 соответствует коэффициенту отражения , кривая 4 - коэффициенту передачи
с рв
612 при равноволновои аппроксимации затухания.
рв
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработан метод расчета ступенчатых фильтров нижних частот по известным передаточным функциям параметров рассеяния, которыИ является более экономичным по сравнению с известными методами. Метод оперирует с полиномами знаменателя и числителеи параметров рассеяния фильтра, представленных дробно-рациональными функциями комплекснои частоты, чем обеспечивается наглядность и простота процесса формирования структуры фильтра и синтеза параметров его элементов.
Разработанныи метод может быть также использован для решения задач анализа и синтеза микроволновых устроиств различного назначения, представленных структурои в виде каскадного соединения четырехполюсников.
2. Hong Jia-Sheng, Lancaster M. J. Microstrip filters for RF / Microwave applicatios. - New York: John Wiley, 2001. -476 p.
3. Сысоев И. В. Расчет полосковых фильтров. - М.: Специальная техника и связь, 2004. - 124 с.
4. Роудз Дж. Д. Теория электрических фильтров: Пер. с англ. / Под ред. А. М. Трахмана. - М.: Сов. радио, 1980. - 240 с.
5. Сазонов Д. М., Гридин А. Н., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1981. - 295 с.
6. Карпуков Л. М. Символьный анализ устройств СВЧ методом подсхем // Электронное моделирование. -1984. - № 3. - С. 81-84.
7. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц.- М.: Физматлит, 2004. - 624 с.
8. Карпуков Л. М. Символьный анализ устройств СВЧ // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1982. - Т. 25. -№ 6. - С. 85-87.
Надшшла 22.11.2007 Шсля доробки 17.12.2007
Запропонований матричний метод розрахунку cxid-частих мiкроxвильовиx ôiëbmpie. Метод заснований на використанш матриць спещального вигляду, що скла-даються з nолiномiв комплексноЧ частоти, вiдповiдниx знаменнику i чисельникам nаpамеmpiв pозciяння фiльmpу. Наведен результати розрахунку фiльmpiв з максимально-плоскою i piвноxвильовою характеристиками зага-сання.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Микроволновые устройства телекоммуникационных систем: В 2 т. / Згуровский М. 3., Ильченко М. Е., Кравчук С. А. и др. - К.: Полтехшка, 2003. - Т. 1: Распространение радиоволн. Антенные и частотно-избирательные устройства. - 456 с.
The matrix method of calculation step microwave filters is offered. The method is based on use of matrixes of the special kind made of polynoms of complex frequency, corresponding a denominator and numerators of parameters of dispersion of the filter. Results of calculation of filters with as much as possible-flat and equal wave characteristics of attenuation are presented.
УДК 621.382
Ю. А. Крисан, А. А. Крисан
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО КЛЮЧА С ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ
Предложен электронный ключ, используемый как быстродействующий пороговый элемент с гальванической развязкой - электронное реле для контроля состояния приборов в полупроводниковых преобразователях, который удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к устройствам контроля.
ВВЕДЕНИЕ
ОдноИ из проблем в преобразовательной технике является получение достовернои информации о состоянии приборов силовоИ схемы. Известные устроИства не обеспечивают достаточной надежности и быстро-деИствия, необходимых при конструировании преобра-зователеИ.
© Крисан Ю. А., Крисан А. А., 2008
Применяемые для таких целеИ устроИства коммутации на основе реле и развязочных трансформаторов с магнитопроводом имеют известные недостатки [1]. К недостаткам гальванических развязок с использованием оптронов можно отнести низкую надежность работы из-за деградации светоизлучающих и светоприемных своИств оптронных пар. Происходит как деградация яркости, так и увеличение темнового тока оптронов. Опт-роны критичны к режиму эксплуатации. Изменение режимов эксплуатации существенно влияет на надежность работы. При повышенных температурах эксплуатации деградация световых своИств оптронноИ пары происходит быстрее, что не обеспечивает работу устроИства в течение гарантиИного срока работы изделия [2, 3].
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ КЛЮЧА
Альтернативным решением вышеупомянутым устройствам развязки является электронный ключ с гальванической развязкой (рис. 1), реализуемый на базе высокочастотного генератора О с выходным трансформатором ТУ1, вторичная обмотка которого нагружена через ключ К на резистор КЗ и выпрямитель на диоде УБ1.
Устройство работает следующим образом. При отсутствии напряжения на входе ВХ выходной ключ К разомкнут и контур, образованный вторичной обмоткой трансформатора ТУ1, входным ключом К и резистором КЗ, также разомкнут. На трансформаторе ТУ1 присутствует высокочастотное напряжение, наличие которого свидетельствует о разомкнутом состоянии ключевого элемента и отсутствии напряжения на входе. Высокочастотное напряжение с трансформатора ТУ1 через выпрямитель поступает на вход выходного ключа. При подаче напряжения на вход ключа К вторичная обмотка трансформатора ТУ1 нагружается на резистор КЗ. При этом изменяется эквивалентное резонансное сопротивление контура генератора. Условие самовозбуждения генератора нарушается и колебания срываются. Выпрямленное напряжение, поступающее в базовую цепь выходного ключа, реализованного на транзисторе УТЗ, исчезает и ключ закрывается, размыкая выходную цепь. При снятии напряжения со входа, генератор возобновляет свою работу, выходной ключ открывается, замыкая выходную цепь. Схема замещения трансформатора представлена рис. 2 [3].
Здесь Г1 - активное сопротивление первичной обмотки; ¿1 - индуктивность первичной обмотки; М -взаимная индуктивность первичной и вторичной обмо-
ток; ¿2 - индуктивность вторичной обмотки; Г2 - активное сопротивление вторичной обмотки; гп, хп - активное и реактивное сопротивление нагрузки.
Учитывая необходимость в большом быстродействии ключа, частота генератора должна быть высокой, при этом активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора по сравнению с реактивным сопротивлением обмоток составляют малую величину и, с достаточной точностью для качественной и количественной оценки процессов, ими можно пренебречь. Тогда схема замещения упрощается и, с учетом элементов схемы ключа, будет иметь следующий вид (рис. 3, а).
Здесь Сген - емкость генератора; К - сопротивление нагрузки; 5 - ключ; ¿э - величина, характеризующая эквивалентную индуктивность трансформатора с учетом величин ¿1, ¿2, М, К; Квн - это вещественная часть комплексного числа, характеризующая потери, вносимые сопротивлением.
При разомкнутом ключе 5 индуктивностью контура генератора является индуктивность первичной обмотки трансформатора ¿1, при этом потери в контуре отсутствуют, добротность контура высокая, что и обеспечивает устойчивую работу генератора. При замкнутом ключе 5 сопротивление нагрузки К вносит затухание в колебательный контур, величина которого зависит от соотношений величин ¿1, ¿2, М.
Определим степень вносимого затухания сопротивлением нагрузки К. Комплексное входное сопротивление трансформатора при замкнутом ключе 5 (с клемм 1, 2 рис. 3, а)
7 • ( Г М) + [М ¿2 - М) + К] • /«>М т 2Вх = ,«(¿1 - М) + К + / СО [(¿2 - М) + М] . (1)
ВХ
Я2
м «
Сз.. К*
У12
ТУ}
I
УО} УТз
Рисунок 1
Рисунок 2
о
К}
к
Рисунок З
После преобразований получим выражение
Приравнивая числитель к нулю
7вх = У®(¿1 - М) +
22 сО 2КМЬ2 - СО 2 ( Ь2 - М)МК
К2 + С2^
2 3
уСО К М + уСО 3(¿2 - М) MЬ2 К2 + сО 2 ¿2
(2)
Из выражения (2) видно, что 7вх представляет со бой комплексное сопротивление
7вх = Квн + у® Ьэ,
К
2К2
находим Ко
„ ,2 2 , Л 2^г2 М2 2М2 2М2
Копт = ® ¿2.
= 0,
(7)
(8)
При этом значении сопротивления нагрузки трансформатор будет работать в согласованном режиме, внося максимальное затухание в контур.
Значение эквивалентной индуктивности ¿э опреде-(3) ляется из выражения (2)
которое является эквивалентом схемы (рис. 3, а), и приведено на рис. 3, 6.
Эквивалентное вносимое сопротивление потерь в контуре генератора равно
¿э = ¿1 - М +
22 СО 2( ¿2 - М) ¿2М + К2М
К2 + ® '¿2
После преобразований получаем выражение
(9)
Квн =
22 СО2КMЬ2 - ю 2 ( Ь 2 - М) МК
К2+®2¿2
(4)
после преобразования получаем выражение
К
Квн О 9 2
2 2 2 2 2' К /®2М + ¿2/М
(5)
Из выражения (5) следует, что при К = 0 и при К = <ю эквивалент вносимого сопротивления также равен нулю. При других значениях вносимое сопротивление имеет действительное значение и достигает при определенных значениях сопротивления нагрузки максимума. Для нахождения оптимального значения сопротивления, обеспечивающего максимальное затухание в контуре, определим производную из выражения
¿Квн
и приравняем ее к нулю ( ^к = 0).
2 2 222 222 _ ¿2/ М + К /сО М - 2 К2 /СОМ
(¿2 /М2 + К2/® 2М2 )2
22
® 2М
г = т__±_
¿э ¿1 _,2 , 2Г2 2
= ¿1 - 2 2
К + ¿ М
(10)
К/® MЬ2 + ¿2/М
Резонансное сопротивление контура ¿а = к^, при различных значениях К2, равно:
¿1( 1 - К2в)
К2= 0, = 1 „„ св
СК,
К2 = Ю 7 2 =
= (6) где Ксв =
К 2 = ® ¿2, ¿3 =
М
2 СК^
¿( 2 - К2в ) С( 2К1 + ¿® К°в)'
(11)
(12)
2
Количественную оценку достигнутого эффекта определим через коэффициент эффективности
K2
к = _2
эф к. '
(14)
где К1 и К2 - степень изменения резонансного сопротивления контура при коммутации обмотки накоротко и на резистор К = <»¿2.
к1 =
1
(1+к2в )
K2 =
2 + QK2
2 - K
2
(15)
(16)
Коэффициент эффективности после преобразования
(17)
кэф = 1 +
к2Св( Q -1 ) -
2 - к:
Из выражения видно, что, если числитель дроби приравнять к нулю, то коэффициент эффективности будет постоянным и равен 1
к2в(Q - 1) - QK4в = 0.
Откуда после преобразований получаем
1
Q=
1 - K2
(18)
(19)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При изменении значения ксв от 0 до 1 определены зависимости добротности Q при Кэф = 1. По рассчитанным данным построен график Q = /(ксв) при Кэф = = 1 (рис. 4). А также определены зависимости Кэф = = f(ксв) при Q = const (рис. 5). Анализируя эти зависимости, можно отметить, что при значениях Q = 50 и ксв = 0, 6 + 0, 8 коэффициент эффективности почти на порядок выше, чем в первом случае и что обеспечивает надежность работы устройства в целом.
Надежность работы ключа оценивается по следующему критерию.
Амплитуда стационарных колебаний генератора определяется условием баланса амплитуд
-5ср| • Z -Ißl = 1,
(20)
где 5ср - средняя крутизна активного прибора, например, транзистора; 2 - резонансное сопротивление контура; р - коэффициент передачи цепи обратноИ связи.
Q
50-
Q=f(Kcß ) при Кэф =1
Рисунок 4
КЭФ 10-
^-1-1-1-1-1-1-1-h
0,4 0,6
Рисунок 5
1,0 К а
Практически нестабильными величинами являются все три составляющие 5ср, 2 и р. Используя возможность воздеИствия на состояние генератора изменением резонансного сопротивления контура в достаточно большом диапазоне, можно исключить влияние дестабилизирующих факторов на 5ср и р, что и обеспечит высокую надежность работы ключа.
БыстродеИствие ключа определяется по декременту затухания
d = RL t,
(21)
К - активное сопротивление контура; £ - индуктивное сопротивление контура; Т - период колебаниИ. Декремент затухания при Копт = <Ь
, R г„ 1
d = 2LT = 2.
кэф=7, 5
1,2
6,05
40--
15
, 6
30
1,1
3,8
3,0
20
1,9
1,58
10
^ I I I I I Г.
0,4 0.6 0,8 1,0 Ксв
0
св
6
2
0
Величина й достаточно большая, благодаря чему переходный процесс в схеме будет по характеру ближе к апериодическому, что и обеспечивает высокое быстродействие ключа.
ВЫВОДЫ
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в автоматике, вычислительной и измерительной технике, когда требуется ключ с большим быстродействием и большими напряжениями развязки «вход - выход».
Конструктивно электронный ключ разработан на печатном трансформаторе с рабочим напряжением развязки 500 В (испытательное напряжение 2,5 кВ) с быстродействием £вкл + £выкл =0,2 мкс.
Характеристика ключа аналогична релейному элементу с гистерезисом. Кроме прямого использования ключ используется как пороговый элемент для контроля состояния тиристоров в преобразователях энергии постоянного и переменного тока.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Дугин Г. К. Схемы на феррит-полупроводниковых ячейках в аппаратуре связи. - М.: «Связь», 1968. -312 с.
2. Применение оптоэлектронных приборов: Пер. c англ. С. Гейг, Д. Эванс, М. Ходап, X. Соренсен. - М.: «Радио и связь», 1981. - 344 с.
3. Барыбин А. А. Электроника и микроэлектроника. Физико-технологические основы. - М.: «Физматлит», 2007. - 424 с.
4. Попов В. П. Основы теории цепей. - М.: «Высшая школа», 2005. - 575 с.
Надшшла 29.03.2007 Шсля доробки 17.03.2008
Запропоновано електронний ключ, який використо-вуеться як швидкодтчий пороговий елемент с гальва-тчним розв'язанням - електронне реле для контролю стану прилад1в в натвпров1дникових перетворювачах, що задовольняе основним вимогам до прилад1в контролю.
The electronic key used as a high-speed threshold element with a galvanic outcome - the electronic relay for the control of a devices condition over semi-conductor converters which meets the basic requirements shown to devices of the control is offered.
УДК 621.396.6
В. М. Крищук, Г. М. Шило, Б. А. Артюшенко
РОЗПАРАЛЕЛЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО АЛГОРИТМУ ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ АНТЕННО1 ГРАТКИ НА КОМПЮТЕРН1Й МЕРЕЖ1
Для тдвищення ефективност1 генетичного алгоритму (ГА) параметричного синтезу антенних реш1ток при за-даних допусках запропоновано метод розпаралелення. За-пропонований метод розроблено для роботи на комп'ютер-нш мереж1 та базуеться на паралельнш модел1 остро-в1в. Було досл1джено вплив асинхронного, синхронного та адаптивного режим1в роботи г обрано асинхронний режим.
ВСТУП
Використання генетичних метод!в при синтез! антенних систем останн!м часом отримало значного поши-рення [1-4]. В основу роботи ГА покладено !дею запо-зичену з еволюц!йного процесу б!олог!!: найпристосо-ван!ш! !ндив!дууми популяц!! виживають, схрещують-ся м!ж собою та дають нове, краще, покол!ння. Му-тац!я, схрещення та в!дб!р дозволяють видам пристосо-вуватись до р!зноман!тних умов !снування. Ц! ж проце-
© Крищук В. М., Шило Г. М., Артюшенко Б. А., 2008
си дають можлив!сть знаходити оптимальн! р!шення ! для р!зноман!тних прикладних задач.
Але ц! методи потребують значних обчислювальних ресурс!в. В зв'язку з чим постае задача розпаралелення обчислень [5]. Для цього можуть застосовуватись р!зноман!тн! апаратн! системи, але, враховуючи наявн! можливост! конструкторських орган!зац!й, доц!льно адаптувати паралельн! обчислення саме для мереж персональних комп'ютер!в (ПК).
Метою роботи е розробка засоб!в тдвищення ефек-тивност! генетичного алгоритму параметричного синтезу антенних систем при заданих допусках шляхом розпаралелення ГА на комп'ютерн!й мереж!.
Для вир!шення поставлено! задач! необх!дно:
- досл!дити особливост! комп'ютерно! мереж!;
- досл!дити можлив! засоби розпаралелення ГА;
- адаптувати запропонован! засоби для задач! ГА синтезу антенних систем.
