CC BY
62
56
• Данный эффект в диапазоне коротких радиоволн усиливается с уменьшением частоты.
• При переходе от летних условий к зимним условиям имеет место расширение как утреннего, так и вечернего секторов местного времени, где отмечается указанный эффект.
Список литературы
1. Захаров В. Е., Черняк А. А. Численная модель расчета радиотрасс коротких радиоволн в ионосфере // Вестник РГУ им. И. Канта. Вып. 3: Сер. Физико-математические науки. Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2007. С. 36 — 40.
2. Bilitza D. International reference ionosphere 2000 // Radio Sci. 2001. V. 36. № 2. P. 261 — 275.
3. Hedin A. E. Extension of the MSIS thermospheric model into the middle and lower atmosphere// X Geophys. Res. 1991. V. 96. №A1. P. 1159 — 1172.
4. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М., 1988.
5. Кравцов Ю. А., Орлов Ю. И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М., 1980.
6. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений / Под ред. Холла Дж. и Уатта Дж. М., 1979.
Об авторах
В. Е. Захаров — д-р физ.-мат. наук, проф., РГУ им. И. Канта.
А. А. Черняк — асп., РГУ им. И. Канта.
УДК 621.373.52
М.П Савченко., О. В. Старовойтова, Ю. А. Тимофеев
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОТЕРЬ КОНТУРА НА ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО АВТОГЕНЕРАТОРА
Показано, что при расчете характеристик автогенератора с широким диапазоном перестройки необходимо учитывать зависимость сопротивления потерь контура от частоты.
It was showed the necessity to take into consideration the dependence of circuit losses from frequency on variable autogenerator characteristics.
Создание перестраиваемых автогенераторов с низким уровнем побочных шумовых излучений и малой кратковременной нестабильностью частоты сопряжено с исследованием флуктуационных характеристик автогенераторов (АГ) и представляет актуальную задачу.
Настоящая работа посвящена исследованию высокочастотного транзисторного АГ с контуром между коллектором и базой, схема которого приведена на рисунке 1, и расчету его характеристик на основе ранее разработанной математической модели [1].
Вестник РГУ им. И. Канта. 2008. Вып. 4. Физико-математические науки. С. 56 — 61.
57
Рис. 1. Принципиальная схема макета автогенератора
Предыдущие исследования показали, что созданная модель хорошо учитывает влияние тока транзистора на амплитуду колебаний и качественно верно описывает зависимость отношения шум/ сигнал (ш/ с) от
Is0 на фиксированной частоте. При перестройке частоты АГ путем изменения емкости в колебательном контуре Су, расчетные зависимости генератора существенно отличаются от измеренных.
Целью работы является уточнение модели АГ и выявление причин, по которым рассчитанные зависимости амплитуды колебаний и отношение ш/ с не совпадают с экспериментальными данными при перестройке частоты АГ.
Для достижения поставленной цели разработан алгоритм и составлена программа расчета характеристик автогенератора на языке Visual Basic 6, выполнены расчеты основных характеристик автогенератора и проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.
На рисунке 2 сплошными линиями представлены экспериментальные зависимости амплитуды колебаний и отношения ш/ с от величины постоянного тока эмиттера Iso транзистора 2Т371А для Су=5,6 пФ, нагруженной добротности контура Q=113. При изменении тока Is0 от 1,5 до 12 мА частота колебаний изменялась от 117,35 до 117,20 МГц, т. е. не более чем на 0,1 %. Поэтому ее можно считать постоянной. Рассчитанные зависимости построены пунктиром. Сопротивление потерь контура rп = равно 1 Ом,
L= 0,153 мкГн. Параметры транзистора взяты из справочника [2].
М. П. Савченко, О. В. Старовойтова, Ю. А. Тимофеев
Из рисунка 2, а видно, что модель хорошо описывает зависимость амплитуды колебаний от тока эмиттера. Экспериментальная и рассчитанная зависимости отношения ш/с имеют некоторое расхождение (рис. 2, б).
При анализе полученных результатов на рисунке 2, б был нанесен уровень шумов измерителя — пунктирная линия с точками. Отмечено, что в районе значения тока 6 — 6,5 мА рассчитанная зависимость ш/с совпадает с относительным уровнем шума измерителя. Измеренные шумы генератора при этом отличаются от них на 3дБ, т. е. в два раза. Можно выдвинуть предположение, что полученные в эксперименте значения шумов являются суммой шумов собственно генератора (рассчитанная зависимость) и шумов измерителя. Для проверки этого тезиса рассчитаны абсолютные значения спектральной плотности шума измерителя 5 ; (О), генератора 5 А (О) и сложены:
11 1
- б; (О)+-Б? (О) = - 5^ (О), (1)
(множитель 1/2 указывает, что рассмотрение шумов ведется в одной боковой полосе). Сумма (1) отнесена к мощности сигнала при заданном токе. Полученные таким способом отношения ш/с представлены на рисунке 2, б крестиками. Как видим, эта зависимость хорошо совпала с результатами измерений.
Таким образом, можно считать, что модель АГ верно описывает шумы в автогенераторе при изменении тока транзистора на постоянной частоте, а искажения появляются вследствие недостаточно низкого уровня шумов измерителя. Это означает, что при больших токах рассчитанные значения ш/ с(1Эо) ближе к реальным, чем измеренные.
11с,В 2,0
1,0
Л
1 і:
V -
г
У
<2 < —— эксперимент
_г_[ □асчёт
і
0 2 4
8 10 I эо, м А
58
-130
-135
-140
-145
-150
Ш/С,
ДБ/Гц
0 2 4 6 8 10 І эо, М А
: = 20 кГц
> I
\ -ь+- ,расчёт. III
\ V I I
Ч і ххх пасчёт+шум
\ и ,Млпмтопа 1 СИ '
2 Ф ‘
V К
Чч
- І Ч
\
\
Ч
— ш уі^ і 1/ 13Г АЄ р|/ ІТ€ ЇЛ! □ -
п
б
Рис. 2. Зависимость амплитуды колебаний (а) и отношения ш/с (б) от тока транзистора 1эо на частоте 117,3 МГц
а
На рисунке 3 сплошными линиями представлены экспериментальные зависимости амплитуды колебаний и отношения ш/с при перестройке частоты АГ путем изменения емкости Су. Ток транзистора неизменный 1эо=7мА. Из графиков видно, коэффициент перекрытия по частоте составляет 2,25. В работе [1] расчет амплитуды колебаний и отношения ш/с выполнен в предположении, что сопротивление потерь контура (гп) в диапазоне перестройки не зависит от частоты колебаний и является постоянным. Результаты
расчета как амплитуды, так и отношения ш/с в этом случае не соответствуют эксперименту.
Учтем возможное изменение сопротивления потерь контурной катушки автогенератора при изменении частоты в широких пределах.
Для выяснения характера зависимости Гп( ю) проведены исследования некоторых катушек индуктивности на измерителе добротности Е4 — 5А. Результаты представлены на рисунке 4, а.
Линии Оо, Оп, От относятся к катушке, изготовленной близко к катушке автогенератора. Оо — добротность катушки, установленной непосредственно на измеритель добротности. 0п — эта же катушка, напаянная на печатную плату и установленная в измеритель. Ош — для случая шунтирования Оп резистором известного сопротивления с малой паразитной индуктивностью. На рисунке для сравнения приведена зависимость Оэт одной из эталонных катушек комплекта прибора Е4 — 5А. Оаг — вычисленная добротность контура АГ, при которой рассчитанная амплитуда колебаний генератора совпадает с измеренной. При вычислениях Оаг экспериментальная зависимость Ис(1эо) на участке 105 — 150 МГц рисунка 3,а заменялась отрезком прямой горизонтальной линии на уровне 1,3В. График Оаг качественно повторяет графики других катушек.
Uc, В 2.0
1.0
/
✓
//
/
/ /
льл Pi- IT
IMIIJ. — расчет і і .і і і і 'llvl er 1 1
70 90 110 _ 130 150 170 f, МГц
а
70 90 110 130 150 170 £МГц
-135
-140
-145
-150
Ш/С,
ДБ/Гц
F = in I кГ Ц-
/
/
/
/
\ ■ у /
\ /
4
\ 4
\ N N
- 4 V ■ *«■>
1M eh IT
! 1 1 1
1 1 1 1 I 1 расчет 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
59
б
Рис. 3. Зависимость амплитуды колебаний (а) и отношения ш/с (б) от частоты колебаний АГ при гп = const
60
М. П. Савченко, О. В. Старовойтова, Ю. А. Тимофеев
а
300
260
220
180
140
100
60
Зо
Гп, Ом 2,4
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
О
ГпАГ!
/
' /
/
... - ^пш^.
... Тпп Гпэт
ГпО
40 60 80
100 120 140
а
40 60 80
100 120 140
б
ff МГц
Рис. 4. Зависимость добротности (а) и сопротивления потерь (б) катушек индуктивности от частоты:
Qэт, Гпэт — эталонная катушка от Q-метра Е4—5А; Qo, Гп0 — дубликат катушки АГ; QП, гпп — дубликат катушки АГ, установленный на печатную плату; QШ, гпш — дубликат катушки АГ, установленный на печатную плату и шунтированный резистором известного номинала; QАГ, Гпдг — вычисленная добротность контура АГ и соответствующее ей сопротивление потерь, при которых рассчитанная амплитуда колебаний совпадает с измеренной
Из рисунка 4 видно, что в данном диапазоне частот добротность всех катушек сначала растет, достигает максимума, а затем уменьшается. Соответствующие этим кривым зависимости сопротивления потерь, пересчитанные по формуле г п = , построены на рисунке 4, б. Сопротив-
ление потерь с ростом частоты монотонно увеличивается во всех случаях. Эти зависимости хорошо аппроксимируются выражением вида:
Гп = г0 + к
х ]'
100)
(2)
где г — начальное сопротивление потерь контура (Ом); k — коэффициент пропорциональности при частотной компоненте; п — показатель степени частотной компоненты; f — частота (МГц).
Сопротивление потерь Гпаг на рисунке 4, б хорошо описывается выражением (2) при ^ =0,72, k =0,13, п =4,7.
Расчет амплитуды колебаний и отношения ш/с с использованием найденной аппроксимации ГпФ представлен на рисунке 5 пунктирной линией. Крестиками, как и на рисунке 2, нанесена зависимость ш/с, учитывающая сложение шумов автогенератора и измерителя (1). Из рисунка 5 видно, что учет зависимости эквивалентного сопротивления потерь контура от частоты позволяет значительно приблизить расчет к эксперименту.
Основные выводы работы можно сформулировать следующим образом:
• при расчете характеристик автогенератора с широким диапазоном перестройки необходимо учитывать зависимость сопротивления потерь катушки индуктивности от частоты;
• математическая модель [1] достаточно точно описывает амплитуду колебаний и отношение ш/с автогенератора при изменении тока транзистора и перестройке по частоте.
70 90 110 ЗО 150 170 ґ,МГц
Uc,B
1.5
1.0
0.5
эксперименты-расчёт
....І-......ГМ......................І I
-135
-140
-145
-150
Ш/С,
70 90 110 130 150 170 f, МГц дБ/Гц
а
)
і ! /
і F _ І/-Г11 /
> і /
/ /
Э КС пе ;рим ен 1Т- / /'
:/ . /
P ас :чё -і J ./
\ У
у s'.
-LI іуг Л 1 /131 ме р 1Т< ЭЛ я-
- - «г >
x x •ас :чё ЇТ + ш у |V 1 V ІЗІ^ іери те !Л! rS .и
P >ф
LI 1 1 1 1J LI J 1 1 1 ,1
б
Рис. 5. Зависимость амплитуды колебаний (а) и отношения ш/с (б) от частоты колебаний АГ при аппроксимации гп(!^ выражением (2)
Список литературы
1. Савченко М. П. Флуктуации в перестраиваемых варикапами высокочастотных транзисторных автогенераторах: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1988.
2. Зайцев А.А., Миркин А. И., Мокряков В. В. и др. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник. 2-е изд., стереотип. / Под ред. А. В. Голомедова. М., 1994.
Об авторах
6l
М. П. Савченко — канд. техн. наук, доц., РГУ им. И. Канта, savchenkomp@mail.ru
О. В. Старовойтова — ст. препод., РГУ им. И. Канта.
Ю. А. Тимофеев — студ., РГУ им. И. Канта.
УДК 621.391, 621.396, 621.369
К. В. Власова, В. А. Пахотин, Я. Р. Брух
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПО ДАЛЬНОСТИ В РАДИОЛОКАЦИИ
Для повышения разрешающей способности в радиолокации по дальности предлагается использовать повышение отношения сигнал/шум по мере приближения цели. Представлены модельные исследования, подтверждающие теоретические положения и показывающие, что при приближении цели на половину от максимально возможного расстояния разрешающая способность увеличивается в 50 раз.
For increase of resolution in a radar-location on range it is offered to use increase of the attitude a signal/noise in process of approach of the purpose. Are presented the modelling researches confirming theoretical positions and showing, that at approach of the purpose half from the greatest possible distance resolution increases in 50 times.
Вестник РГУ им. И. Канта. 2008. Вып. 4. Физико-математические науки. С. 61- 64.
