CC BY
36
лiзовуючи двополюсник M (рис. 1) з |ГМ « 0,25, можна добитися HepiBHO-MÏpHOCTÎ АЧХ в межах ± 3 дБ.
Висновки
При розрахунку ГШЛПД доцiльно застосовувати як анаштичш так i чи-сельш методи. Чисeльнi методи застосовуються для розрахунку пасивно1 частини генератора, а анаитичш - для розрахунку нашвпровщниково1 структури i АЧХ генератора в цшому. При модeлюваннi використовуються довiдковi данi дiода та шестиполюсник, в одне плече якого, що е входом pадiальноï лiнiï, включений дюд, а в iншe, перетин прямокутного хвилево-ду, що мае, - двополюсник iз змiнним коeфiцiентом вщбиття Гм. При лад-наннi змшюеться положення дiода в хвилeводi або двополюсник M в одному з плеч шестиполюсник (крашд результати - при Гм.<1).
Литература
1. Алмазов-Долженко К.И. Коэффициент шума и его использование на СВЧ. - М.:
„Научный мир", 2000.- 240 с.
2. Ситько С.П., Скрипник Ю.А., Яненко А.Ф. Аппаратное обеспечение современных
технологий квантовой медицины. - Киев: „ФАДА ЛТД", 1999.- 200 с.
3. Давыдова Н.С., Данюшевский Ю.В. Диодные генераторы и усилители СВЧ. -М:Радио и связь. 1986. - 184 с.
4. Касаткин Л. В., Чайка В. Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиме-
тровых волн. - Севастополь: „Вебер", 2006. - 319 с.
5. Marcuvitz N. Waveguide Handbook.- „Peter Peregrinus Ltd.", 1986. - 425 c.
6. Буторин В.М. Двойная диско-штыревая структура в прямоугольном волноводе //
Радиотехника и электроника. - 1987. - № 12. - С. 2490-2496.
7. Банков С.Е., Курушин А.А., Разевиг В.Д. Анализ и оптимизация трехмерных СВЧ-структур с помощью HFSS. - М.: „СОЛОН-Пресс", 2004. - 208 с.
8. High Frequency Structure Simulator v.9.2. User's Guide. Pittsburgh: Ansoft Co. 2004.
9. Алексеев Ю.И., Демьяненко А.В. Расчет импеданса лавинно-пролетного диода в
малосигнальном режиме//Известия вузов. Электроника. - 2005. - №1. - С. 25-28.
10. Силаев М.А., Брянцев С.Ф. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств. - М: Сов. радио, 1968. - 248 с.
11. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник / Под ред. Наливайко Б. А. Томск: МГП „РАСКО", 1992. - 224 с.
12. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Т. 1 - М.: „Мир",1984. - 455 с._
Перегудов С.Н.
Численно-аналитическое моделирование генератора шума миллиметрового диапазона на корпусных лавинно-пролетных диодах
Рассмотрена численно-аналитическая модель генератора шума миллиметрового диапазона на лавинно-пролетных диодах. Характеристики генератора рассчитываются, используя численно-аналитический подход.
Peregudov S.N.
Numeral-analytical design of noise generator of millimeter range on corps IMPATT diodes
The numeral-analytical model of noise generator of millimeter range on IMPATT diodes is considered. It is shown; that it is possible to calculate parameters of generator, applying numeral approach at the design of passive part of generator and analytical approach at the design of its active part.
УДК 621.396.6.019 : 621.391.827
ПОКРАЩЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МIКРОХВИЛЬОВОÏ ПЕЧ1
Гребеньков 1.М., Репа Ф.М.,
Проведено досл1дження затрактових випромтювань магнетронного генератора побутовог печ1. Для покращення електричних характеристик та задоволення вимог за
стандартами ЕМС запропоновано використання фшьтру на граничному хвилеводг.
Вступ
Жорстк вимоги до piBM випромшювання (не бшьше 57 дБпВт [1]) по-бутових мжрохвильових (НВЧ) печей на частой 5-1 гармонiки (близько 12,25 ГГц - канали супутникового телебачення [2] та частоти локальних мереж [3]) обумовлюють зростаючий iнтерес до piBrnB випромiнювання 6i-чних (БК) та засмугових (ЗК) коливань генераторiв випромшювання НВЧ магнетрошв - складових побутових печей. Крiм цього, на даний час саме параметри рiвнiв БК стримують комерцiйнi перспективи вiтчизняних магнетрошв за кордоном. Дослщження магнетрошв i порiвняння 1х i3 закор-донними аналогами утруднено ^ею обставиною, що рекомендованi Спещ-альним мiжнародним комiтетом з радiозавад (dSPR) норми i методики вiдносяться до НВЧ печей, не видшяючи вимог до 1х генераторiв.
Магнетрони, якi використовують в установках НВЧ нагрiву випромь нюють шуми i гармонiки основного сигналу в широкому дiапазонi радю-частот - до 7-1 гармошки i вище. У зв'язку з цим в рiзних кра!нах введеш обмеження на рiвень випромiнювання вщ дiючих установок НВЧ. Так, на-приклад, у роботi [2] наведено порiвняння мiжнародних стандартiв на еле-ктромагнiтнi завади в США, ФРН, Япони, а також dSPR (стандарт 1ЕЕЕ 802.11), як обмежують рiвень шумового випромiнювання для НВЧ печей на частотах вище за 1 ГГц, що обумовило визначеш утруднення випромь нюючих пристро!в, в тому чи^ для вiтчизняних НВЧ печей.
Постановка задачi
Як видно, задача дослщження потужностi ЗК i "затрактових" випромь нювань (ЗТВ) магнетрона M105, який широко застосовуеться в НВЧ установках рiзного призначення е актуальною. Причому, згаданий прилад з по-тужшстю 760 Вт при наявност належного водяного охолодження, може слугувати основою для створення бшьш потужного 1,5 кВт приладу [4].
Методика та засоби експериментального дослвдження
Теоретичш дослiдження в рамках модуляцшно! моделi дозволили роз-рахувати можливi частоти та амплiтуди спектру коливань магнетронного генератора M105 [5].
Експериментальш дослщження здiйснювалися методом селективного замщення неперервним сигналом. Вiдповiдно до методики визначення вщносного рiвня ЗК i ЗТВ, рiвень дослiджуваного сигналу генератора по-рiвнюеться з рiвнем сигналу ие! ж, що замiщуеться, частоти з постiйною в усiх випадках потужшстю. При вимiрюваннях як шдикатор використано аналiзатор спектру AITEC707 з параметрами: ширина огляду до 700 МГц, дiапазон робочих частот 0,01 + 12,5 ГГц, мшмальна чутливють - 70 дБВт. При цьому ощнка рiвня потужностi ЗК до 5-1 гармонiки здiйснювалася за допомогою шестиканального напрямленого вiдгалужувача багатомодово! потужност [6]. Похибка вимiрювання вщносних рiвнiв ЗК за цiею методи-
кою не перевищуе ± 5дБ. Вимiрювання вiдносного рiвня ЗТВ здшснюеться в максимумах дiаграми спрямованостi (ДС) випромшювання з катодного виводу магнетрона, що розмщений в безеховiй камерi, перед вжном яко! розташована вимiрювальна антена. Об'емна ДС дослщжувалася шляхом змши положення магнетрона (за азимутом та кутом мюця) при збереженнi просторового мюця розташування центра випромiнювання i при зафжсо-ванiй у дальнш зонi вимiрювальнiй антенi. При визначенш максимуму ДС аналiзатор спектру е шдикатором змiни напруженостi поля.
Результати вимiрювань вiдносних рiвнiв ЗК магнетрону М105 та його модифжацш наведет в табл. 1 для двох випадюв: у першому - вимiрюван-ня спектру ЗТВ генератора проводилися через катод-ЬС-фшьтр приладу, в другому - т самi вимiрювання проводилися за вщсутшстю кожуха та ЬС-фiльтра генератора.
Таблиця 1
Тип та номер магнетрона Сумарна багатохвильова по-тужнють Превищення дозволено! норми С15РЯ (57 дБ/пВт) Розподш за типами (модами)хвиль
мкВт дБ/пВт
М105 51,3 77,1 + 20,1 Ню 23,9% Н01 21,3% Н20 19,0% Н02 12,5% Нц 23,3%
Модифшований М105-1 4,02 66,0 + 9 Ню 14,9% Н01 13,4% Н20 17,9% Н02 15,9% Н„ 37,8%
"Виток" 0,77 58,9 +1,9 Ню 22,1% Н01 11,7% Н20 32,5% Н02 13,0% Н„ 20,8%
Експериментально виявлено, що найбiльш iнтенсивними ЗТВ е випромшювання на робочш частоть Вiдносний рiвень ЗТВ, визначений у максимумi ДС на робочш частой для першого i другого випадюв обумов-лений рiвнем ослаблення в захисному пристро! (кожуха i ЬС-фшьтра). Дiя ЬС-фшьтра, який встановлений у катодний вивщ вищезгаданого генератора, полягае у значному подавлеш рiвнiв потужностi випромiнювання на гармошках 1, 4 i 5. Дещо меншим е послаблення на гармошках 2 та 3. За-хисний пристрш - кожух i катодний ЬС-фшьтр - послаблюють випромшювання "через катод" на основнiй частой на 16...20 дБ.
Таким чином, рiвнi випромiнювання 5-! гармонiки магнетрошв типу М105-1 перевищують дозволену норму на 9 ^ 20дБ. Для широкого !х вико-
ристання в установках НВЧ на^вання потрiбне ретельне екранування ма-гнетронних генераторiв та додаткове подавлення небажаного випромшю-вання, яке "просочуеться" i через камеру печь
Подавлювач небажаного випромшювання в камеру Найбшьш економiчним подавлювачем недозволеного випромiнювання вищих гармонiк в камеру е фшьтр на граничних хвилеводах (ФГХ), який замшюе трансформатор iмпедансу у хвилевiдному трактi перед виходом випромшювання в камеру печь Використання фериткомпозицшних погли-начiв у дверцях печ^ через нестабiльнiсть 1х параметрiв, високу вартiсть та швидке старiння недоцiльне [7].
ФГХ з металевими штирями (рис. 1,а) мають великi розв'язки, термо-стабiльнi, в широкому дiапазонi частот (практично до 6/0) не мають неба-жаних смуг пропускання, а за сво!ми розмiрами у 5 ^ 10 разiв меншi за тра-дицшш хвилеводнi [8]. Не жорсткий допуск на виготовлення елеменпв фь льтра повшстю задовольняе виробника.
Розрахунок фшьтра - преселектора iз поперечними металевими штирями - здшснюеться з використанням розроблено! нами методики аналiзу [9] та синтезу на задану прохщну потужнiсть ФГХ [10].
За щею методикою, складний об'ем, що являе собою з'еднання N (Ы = 9) вiдрiзкiв хвилеводiв з перерiзами обраними за умовну границю, роз-биваемо на ряд вщ 1 до N простих об'емiв.
-16
А ЧЧЧЧЧ!
I
7
ст
\ ч ч у Ч^
Ш
УТ
ж
У \ У У У
ш
тт
ш
к
-12 -
л
ЧЧЧЧ\
1ЛЧ-
а
1,Ь65 б
Рис. 1. Трьохштирьовий фшьтр на граничному хвидевод1 (а) та його частотш характеристики (б) У рамках припущень, сформульованих у робот [11], систему iнтегральних рiвнянь, одержану в результатi зшивання полiв на границях з'еднання 81 ^ 88, методом Гальоркiна зводимо до системи лшшних алгебра!чних рiвнянь Q-го
порядку для ампдiтуд дотичного електричного поля е^ на границях 81
I Q =1 е,, ( I
1 + у II РЧ11 ^ 1 РЧ11
)
+ е. чУРЧ 12 = К
Q е У11 + е
Ч = 1 С1ч РЧ 212 Ч
(у
+ У 111 РЧ22 рЧ22
+ е3 У ш2. = 0
3ч РЧ23
I
Q е У111 + е
Ч = N4 РЧ N , N +1 ^
Ч (У
+ УN +1
РЧ N +1N +1 ^ 1 pчN +1N
«)= о-
У випадку використання (перемiжних) вiдрiзкiв прямокутного i П-подiбного хвилеводу, що складае математичну модель трьохштирьового
ФГХ, вирази для власних провщностей YNqll наведет в робот [11]. Част. . yn .... кова взаемна провiднiсть Ypqkl, що враховуе взаемодда мiж сусiднiми шти-
рями, мае вигляд Ypqm +1 т +2 = YJ(a)Y02 ™ +1пмпт+ / sh (Kl ™ +1l 2т +l) >
птт+1 = j(gradффт +1 gradфтп m +1 }dSn , де N - номер штиря, Sn - площа по-
Sn
перечного перетину П-подiбного хвилеводу, ф0 i ф П - скалярнi власш фу-
нкци прямокутного i П-подiбного хвилеводiв, K2 т+ - постшна поширення а-го типу хвилi у вщповщному хвилеводi, npq - коефщент трансформаций т = 1...3 [12].
Алгоритм анашзу фшьтруючо! структури реашзовано у виглядi ком-п'ютерно! програми розрахунку частотно! залежност хвильово! матриц
розсiювання - коефiцiентiв передачi (S 21) та вщбиття (S11) для довшьного числа вiдрiзкiв, що з'еднуються: П-подiбного, граничного та нашвнескш-
ченного прямокутних хвилеводiв S11 = ZQ=1 n1 р в1 p -1 S21 = ZQ=1 n8p e8p.
Як приклад, на рис. 1б наведенi результати розрахунку трьохштирьово! модел^ де на осi абсцис вщкладеш нормованi значення приведено! довжи-ни хвилi v = X/2a, а на ос ординат - модуль комплексного коефщента передачi (| S 21 |) згаданого з'еднання восьми вiдрiзкiв хвилеводiв. Геомет-
_3
ричш розмiри фiльтра для печi: перетин ФГХ a х b = 30 х 34 10 м, l2 = l8 =
_3 _3
l3 = l5 = /7 = 510 м, l4 = l6 = 12,4 10 м. Штирi квадратнi замiненi на кругл^
_3
дiаметром 5,6 10 м. Для зменшення поздовжнiх розмiрiв ФГХ можливе за-стосування дiафрагм емнiсного або iндуктивного типiв, що дае можливють у широких межах маншулювати його електричними параметрами та габаритами [11]. Зпдно розрахунюв величина розв'язки на частотi 5-! гармошки магнетрона збшьшилася на 26 дБ (експериментально - 24 дБ). Для двохштирьово! моделi з емшсною дiафрагмою експериментальне значення
_3
розв'язки при довжиш 37,4 10 м - 25 дБ. Додатковi втрати на основнiй частот випромiнювано! потужностi в камеру складають бiля 0,6 дБ. Висновок
Використання запропонованого простого та економiчного фшьтра на граничному хвилеводi дозволяе покращити електричнi параметри мжро-хвильово! печi та задовольнити вимогам Директиви ССС з ЕМС №99/336 на частотах до п'ято! гармонiки, перевищивши норми на 5-7 дБ. Лггература
1. Бадалов B.C. Нормы на параметры ЭМС.Справочник.-М. Радио и связь, 1987-267 с.
2. Harada A. Reduction of 5 harmonic electromagnetic interference from magnetrons and microwave ovens//Journal of Microwave power and EM energy. 1987. V.22. №№1. P. 3-11.
3. ЭМС систем беспроводного доступа//Технологии ЭМС.- 2006.- №1.- С. 27-33.
4. Балюк В.С., Тузов Д.М., Дзюба В.П., и др. Опыт разработки приборов СВЧ энергии народнохозяйственного назначения // Микроволновые технологии в народном хозяйстве/ Под ред. Калинина Л. Г. - Одесса: из-во ОКФА, 1996. - С. 46-52.
5. Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ. - М.: Радио и связь, 1986. - 208 с.
6. Гейвандов Л.Н., Барит Н.С., Батущенко В. Н. и др. К вопросу о метрологическом обеспечении трактовых методов определения уровней побочных колебаний ЭВП СВЧ // Н-т. сб. "Методы и средства измерений в области электромагнитной совместимости". - 1991. - Т. 2. - C. 120-122.
7. Беляев А.В., Карпов В.Н. Подавление колебаний на гармониках магнетрона микроволновой печи "Электроника'' композиционным гиромагнитным материалом // Н-т. сб. "Методы и средства измерений в области электромагнитной совместимости". - 1991. - Т. 2. - С. 209-211.
8. Левдикова Т.Л. Трансформирующие цепи на запредельных волноводах // Тр. Сиб. Физ.-техн. ин-та. - 1974. - Вып. 54. - С. 112-117.
9. Павлов О.И., Репа Ф.М. Частотные характеристики трехштыревых систем на основе запредельного волновода // Вестник Киевского политехнического института. Радиотехника. - 1992. - № 29. - С. 36-39.
10. Колесник С.Н., Репа Ф.М. Синтез запредельных резонаторов со штырем прямоугольной формы//Вестник Киев. полите хн ин-та. Радиотехника 1988. № 29. С. 33-36.
11. Репа Ф.М. Прямоугольный поперечный штырь в отрезке запредельного волновода // Радиоэлектроника. - 1988. - Т.31. - №8. - С.78-80 (Изв. высш. учебн. заведений).
12. Кабаков Л.Т., Репа Ф.М. Диафрагмы в запредельном волноводе // Радиоэлек-
троника. - 1978. - Т. 21.- № 8. - С. 81 -87 (Изв. высш. учебн. заведений).
Гребеньков И.Н., Репа Ф.М. Улучшение електрических параметров микроволновой печи Проведено исследование внетрактових излучений генератора бытовой микроволновой печи. Использование фильтра на запредельных волноводах позволило улучшить электрические характеристики печи и удовлетворить требованиям ЭМС. Grebenkov I.N., Repa F.M. Improvement electrical characteristics of the microwave oven The research of band-off emitting of magnetron generator of microwave oven was carried out. Applying of cutoff waveguide abled to satisfy the requirements of manufacturer and norms of EMC.
