авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Межвузовский сборник «Радиоэлектронная техника» 2010 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УЛЬЯНОВСКИЙ ФИЛИАЛ ИНСТИТУТА РАДИОТЕХНИКИ

И ЭЛЕКТРОНИКИ ИМ. В. А. КОТЕЛЬНИКОВА РАН

РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА Межвузовский сборник научных трудов Ульяновск УлГТУ 2011 УДК 621.37/39(04) ББК 32я43 Р 45 Редакционная коллегия:

Сергеев В. А. (ответственный редактор), Рогов В. Н., Самохвалов М. К., Смирнов В. И., Ташлинский А. Г., Иванов О. В.

Рецензенты: д-р физ.-мат. наук Н. С. Шевяхов, д-р техн. наук Д. В. Андреев УДК 621.37/39(04) Радиоэлектронная техника : межвузовский сборник научных тру Р 45 дов / под ред. В. А. Сергеева. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 269 c.

ISBN 978-5-9795-0863- Включает статьи, посвященные актуальным проблемам радиоэлектроники: раз работке новых принципов моделирования и проектирования радиоэлектронных уст ройств, теоретическому и экспериментальному исследованию физических процессов в материалах, структурах, элементах и устройствах радиоэлектроники, разработке методов и алгоритмов обработки сигналов и полей, вопросам измерения и диагностики в радио электронике.

Для научных и инженерно-технических работников и специалистов в области радиоэлектроники, может быть полезным докторантам, аспирантам и студентам соот ветствующих специальностей.

© Коллектив авторов, ISBN 978-5-9795-0863-4 © Оформление. УлГТУ, ВВЕДЕНИЕ В настоящем сборнике представлены результаты оригинальных научных исследований по многим из тех направлений, которые определяют прогресс развития радиоэлектроники в настоящее время. Среди авторов сборника – ученые вузов и научных организаций Воронежа, Пензы, Самары, Москвы, Тольятти, Ульяновска. Отрадно, что соавторами многих работ являются ас пиранты и студенты вузов.

Наиболее широко в сборнике представлены статьи по моделированию и проектированию радиоэлектронных элементов и устройств, а также статьи, посвященные исследованию и анализу физических процессов в элементах и устройствах радиоэлектроники.

Традиционно значительная часть статей посвящена проблемам совершен ствования средств измерений, повышению точности, быстродействия и авто матизации радиоизмерений.

Следует отметить высокий теоретический уровень и широкий спектр проблематики статей по новым алгоритмам, моделям и методам обработки сигналов. Большой интерес для специалистов представляют статьи по обра ботке изображений.

В ряде статей предложены оригинальные разработки по применению ра диоэлектронных средств в задачах контроля качества изделий, материалов различного назначения, характеристик окружающей среды. Многие из этих разработок имеют ярко выраженную практическую значимость.

В сборнике также представлены статьи по прикладным аспектам приме нения и эксплуатации радиоэлектронных устройств различного назначения, в частности по проблемам развития цифрового телевидения.

Как отмечается авторами публикаций, многие из представленных резуль татов уже нашли практическое применение, ряд работ поддержаны грантами РФФИ и других научных фондов, значительная часть работ подготовлены по результатам исследований, выполненных в рамках федеральных и ведомст венных целевых программ.

Редакционная коллегия выражает уверенность, что материалы данного сборника будут интересны и полезны для ученых и специалистов в соответст вующих областях науки и техники.

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ _ УДК 621.282.001. С. Г. Новиков, Н. Т. Гурин, И. В. Корнеев, В. А. Родионов, А. А. Штанько ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КООРДИНАТ И УГЛОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ Рассмотрены полупроводниковые позиционно-чувствительные функциональные фото преобразователи координат и углов с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП), реализованные на основе комбинированного прибора с ОДП, и двух типов полупро водниковых позиционно-чувствительных фотоприемников – линейной и дуговой геометри ческой формы. Приведены результаты сравнительных экспериментальных исследований.

Указаны возможные области применения.

Проектирование и разработка современных устройств автоматики, меха троники и микросистемной техники требует создания принципиально новых типов базовых электронных элементов и компонентов, к которым относятся первичные сенсоры и датчики полей и излучений, элементы функционального преобразования физических величин, а также устройства коммутации различ ных исполнительных механизмов с источниками постоянного и переменного напряжения и тока. К таким элементам и компонентам предъявляются повы шенные требования по чувствительности, функциональности, массогабаритным показателям и надежности. Одними из перспективных базовых элементов для современных сенсоров, преобразователей и коммутаторов являются полупро водниковые приборы с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП), представляющие собой твердотельные интегральные или комбиниро ванные приборы, реализованные на базе структур полупроводниковых бипо лярных или полевых транзисторов [1-3].

Приборы с ОДП обладают высокой фоточувствительностью, в том числе и позиционной, что обеспечивает их использование в качестве эффективных сен соров, датчиков и преобразователей физических величин, а также двумя и бо лее устойчивыми состояниями с малым и большим внутренним сопротивлени ем, которые позволяют применять их в качестве ключевых элементов, рабо тающих на постоянном и переменном токе [4].

В данной работе рассмотрены комбинированные полупроводниковые по зиционно-чувствительные функциональные фотопреобразователи координат и углов с ОДП. Указанные приборы отличаются тем, что сочетают в себе функции первичного сенсора – позиционно-чувствительного фотоприемника – и комму тирующего элемента – прибора с ОДП [5]. При этом они способны выполнять функциональные преобразования координат или углов в такие характеристики коммутирующего элемента, как ток пика, напряжение пика или значение ОДП.

Полупроводниковые позиционно-чувствительные фотопреобразователи с ОДП (рис. 1) реализованы на основе комбинированного прибора с ОДП (N-прибор) и позиционно-чувствительного фотоприемника (ПЧФ), который выполнен в двух вариантах: линейном и дуговом.

Рис. 1. Структурная схема двухполюсного позиционно-чувствительного фотопреобразователя с ОДП N-прибор может быть реализован на основе дискретных элементов (рис. 2, а), а участок ОДП на его ВАХ появляется вследствие модуляции тока базы бипо лярного транзистора [2, 3].

I, мА 0 2 4 6 8 U, В   1В 2В 3В   б) а) Рис. 2. Биполярно-полевой N-прибор (а) и семейство его ВАХ (б) Цепь положительной обратной связи по напряжению в данном приборе образована полевым транзистором Т2, включенным между электродами коллек тора и базы биполярного транзистора Т1. Его выходная ВАХ в схеме с общим эмиттером, управляемая током базы, зависит от входного напряжения база эмиттер и сопротивления канала полевого транзистора. Из-за наличия на p-n–переходе затвора напряжения коллектор-эмиттер он смещен в обратном направлении, и с ростом этого напряжения происходит увеличение сопротив ления канала, а, следовательно, и уменьшение тока базы. Это вызывает умень шение коллекторного тока и появление участка отрицательной проводимости на выходной ВАХ [7] (рис. 2, б).

ПЧФ представляет собой p-n-p структуру с тремя омическими контактами (рис. 3), два (1 и 2) из которых расположены по краям верхнего фоточувстви тельного слоя, служащего эмиттером и одновременно делителем напряжения источника. Третий (3) является контактом к эквипотенциальной нижней облас ти полупроводника, служащей коллектором [5]. Реализованы два типа позици онно-чувствительных фотоприемников – линейной или дуговой геометрической формы (рис. 3 а, б). Зависимости выходного напряжения на третьем электроде U от координаты для линейного ПЧФ и угла для дугового ПЧФ представлены на рис. 3, в и г. Зависимости носят линейный характер, что позволяет реализовывать простые преобразования координат и углов в электрические величины.

U 3, В 0 5 10 15 x, мм а) в) U 3, В 0 20 40 60 град б) г) Рис. 3. Полупроводниковые структуры ПЧФ: а – линейная;

б – дуговая;

зависимости выходного сигнала от координаты (в) и угла (г) ПЧФ включен в цепь управления N-прибора таким образом (рис. 1), что первый контакт (1) к фоточувствительной области полупроводникового ПЧФ соединен с эмиттерным (Э) электродом прибора с отрицательной дифференци альной проводимостью, второй контакт (2) к фоточувствительной области соеди нен с коллекторным электродом (К), а третий контакт (3) полупроводникового ПЧФ соединен с базовым электродом (Б) прибора с отрицательной дифферен циальной проводимостью. Э1 и Э2 – электроды двухполюсного позиционно чувствительного фотоприемника с отрицательной проводимостью. Ф – свето вой пучок (световой зонд), падающий на поверхность ПЧФ. За счет рассматри ваемой схемы соединения реализуется двухполюсный комбинированный пози ционно-чувствительный фотодатчик, обладающий ВАХ, содержащей участок отрицательной проводимости.

В отсутствии освещения поверхности ПЧФ (рис. 1), (при отсутствии управляющего напряжения на базовом электроде N-прибора, на его выходной ВАХ участка ОДП не наблюдается. Появление и движение светового зонда по поверхности ПЧФ обеспечивает изменение напряжения на базовом электроде, и, как следствие, – появление на выходной ВАХ фотопреобразователя участка ОДП. С изменением координат светового зонда происходит изменение пара метров выходной характеристики.

В экспериментальных образцах позиционно-чувствительных фотопреоб разователей с ОДП для реализации N-прибора были использованы биполярные транзисторы типа КТ 3107, полевые транзисторы типа КП 302.

ПЧФ реализованы линейной и дуговой геометрической формы (рис. 3 а, б).

Линейный ПЧФ представляет собой полупроводниковую p-n-p-структуру шириной 1,2 мм и толщиной 280 мкм, с двумя p-n-переходами, реализован ными на глубинах 53 и 233 мкм в объеме полупроводника n-типа проводимо сти с сопротивлением 30 Ом·см. Удельное сопротивление p-областей состав ляет 250 Ом·см. На верхней фоточувствительной поверхности полупроводни кового ПЧФ размещены два металлических электрода (по краям линейной структуры) для подключения источника питания, на противоположной стороне кристалла – третий выходной электрод. Дуговой ПЧФ представляет собой ана логичную линейной полупроводниковую p-n-p-структуру шириной 1,5 мм с се чением трапецеидальной формы, радиусом 14 мм и толщиной 250 мкм.

N-прибор и линейный ПЧФ располагаются в одном корпусе с прозрач ным окном и тремя электрическими выводами, к которым подключается внеш ний источник питания и измерительная аппаратура. Засветка световым зондом и его перемещение вдоль структуры осуществляется через прозрачное окно.

N-прибор, дуговой ПЧФ и ИК-излучатель, формирующий световой зонд, располагаются в одном корпусе с пятью электрическими выводами, к которым подключаются источник питания излучателя, внешний источник питания фото преобразователя и измерительная аппаратура. ИК-излучатель расположен на поворачивающемся относительно общей оси основании, таким образом, что световой зонд перемещается по окружности относительно неподвижного дуго вого ПЧФ вдоль его поверхности. В качестве источника излучения использует ся ИК диод типа АЛ 107Б. Диаметр светового зонда составляет 2 мм. Ток ИК диода во всех экспериментах составлял 40 мА.

Полученные таким образом образцы представляют собой полупроводни ковые функциональные фотопреобразователи координат и углов с отрицатель ной дифференциальной проводимостью. Выходные ВАХ в зависимости от ко ординат и углов представлены на рис. 4.

При малых значениях координат и углов ВАХ не содержат участка ОДП, что обусловлено напряжениями на выходе ПЧФ ниже пороговых значений для N-прибора. При увеличении значения координат (выше 12 мм) в случае линей ного фотопреобразователя происходит выход ВАХ на участок вторичной поло жительной ветви с исчезновением участка ОДП. То же наблюдается при сни жении угла поворота ниже 10 град в случае дугового фотопреобразователя. Та ким образом, наблюдаемые ВАХ содержат участки ОДП только в определен ном диапазоне координат и углов. Данное обстоятельство позволяет использо вать рассматриваемые фотопреобразователи в составе электрических цепей в различных режимах работы при одном и том же сопротивлении нагрузки – в моностабильном (нагрузочная прямая пересекает ВАХ в одной точке), биста бильном (нагрузочная прямая пересекает ВАХ в трех точках) и генераторном (нагрузочная прямая пересекает ВАХ в одной точке на участке ОДП), и выбор режима осуществляется перемещением светового зонда вдоль поверхности ПЧФ в составе фотопреобразователя.

I, мА 0 2 4 6 8 10 U, В 3мм 5мм 7мм 9мм 11мм а) I, мА 0 2 4 6 8 10 U, В 60 град 55 град 50 град 40 град 35 град б) Рис. 4. Семейство выходных ВАХ: а – фотопреобразователь координат, б – фотопреобразователь углов Зависимость величины ОДП фотопреобразователей от координаты свето вого зонда и углов поворота зонда приведены на рис. 5. На полученных зависи мостях величины ОДП от координат и углов поворота светового зонда относи тельно поверхности ПЧФ наблюдаются максимумы, соответствующие пример но серединам диапазонов измеряемых координат и углов. Таким образом, по данным экстремальным значениям ОДП можно осуществлять калибровку сис тем наведения и позиционирования, реализованных на основе рассматриваемых фотопреобразователей.

ОДП, мСм 0 5 10 x, мм а) ОДП, мСм 0 20 40 60, град б) Рис. 5. Зависимость величины ОДП фотопреобразователей от координаты светового зонда и углов поворота Кроме того, полученные результаты показывают возможность создания комбинированных датчиков перемещений и поворота, обладающих переключа тельными свойствами. Такие датчики с расширенными функциональными воз можностями можно использовать в различных устройствах автоматики, меха троники и микросистемной техники в качестве элементов управления исполни тельными механизмами и координатных пороговых датчиков в системах управ ления и контроля поворота и перемещений. При использовании таких фотопре образователей в составе генераторов электрических колебаний также возможно преобразование координат и углов в частоту. Малые масса-габаритные показа тели фотопреобразователей, простота электрической схемы позволяют реализо вать подобные приборы в виде интегральной схемы и использовать в составе МЭМС различного назначения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Пат. 2309487 РФ МКИ7 H01L 31/111 / Фотоприемник с отрицательной проводимостью на основе полупроводниковой структуры / Н. Т. Гурин, С. Г. Новиков. (РФ). – №2005133546/28;

Заявл. 31.10.05;

Опубл. 27.10.07, Бюл. №30.

2. IEEE Transactions on Circuits and Systems. – 1985. – №1. – P. 46-61.

3. Новиков, С. Г. Схемотехнические аналоги симметричных негатронов / С. Г. Новиков, Н. Т. Гурин // Микросистемная техника. – 2004. – №12. – С. 27-30.

4. Каштанкин, И. А. Фоточувствительный кремневый биполярный N-прибор с управляемой вольт-амперной характеристикой / И. А. Каштанкин, Н. Т. Гурин // Письма в ЖТФ. – 2005. – Том 31. – Вып. 13. – С. 46-49.

5. Гурин, Н. Т. Позиционночувствительный фотоприемник для фото электрических преобразователей углов поворота / Н. Т. Гурин, С. Г. Новиков, И. В. Корнеев и др. // Письма в ЖТФ. – 2011. – Том 37. – Вып. 6. – С. 57-62.

Работа поддержана грантами ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Новиков Сергей Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радио физика и электроника» Ульяновского государственного университета. Область научных ин тересов: микроэлектроника, негатроника, оптоэлектроника, полупроводниковые приборы с положительной обратной связью. E-mail: novikovsg@ulsu.ru.

Гурин Нектарий Тимофеевич, доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафед рой «Радиофизика и электроника», первый проректор, проректор по учебной работе Улья новского государственного университета. Область научных интересов: микроэлектроника, негатроника, оптоэлектроника, полупроводниковые приборы с положительной обратной свя зью, электролюминесцентные излучатели. E-mail: gurinnt@sv.ulsu.ru.

Корнеев Иван Владимирович, аспирант Ульяновского государственного университе та. Область научных интересов: полупроводниковые приборы с положительной обратной связью, негатроника, оптоэлектроника. E-mail: k_ivan_v@mail.ru.

Родионов Вячеслав Александрович, научный сотрудник НИТИ Ульяновского госу дарственного университета. Область научных интересов: полупроводниковые приборы с по ложительной обратной связью, негатроника, оптоэлектроника. E-mail: novikovsg@ulsu.ru.

Штанько Александр Алексеевич, научный сотрудник НИТИ Ульяновского государ ственного университета. Область научных интересов: полупроводниковые приборы, нега троника, оптоэлектроника. E-mail: novikovsg@ulsu.ru.

_ _ УДК 681. Н. Г. Захаров, В. В. Тетерко ЭЛЕКТРОННЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ Рассмотрена структурная схема и принцип работы электронного расходомера жидкости с относительной погрешностью измерения порядка 10-6.

Структурная схема предлагаемого электронного расходомера жидкости (рис. 1) состоит из отрезка трубы, через которую протекает поток жидкости, в которой помещается деталь в форме профиля крыла, двух автогенераторов АГ и АГ2, двух формирователей импульсов ФИ1 и ФИ2, двух счетчиков СТ1 и СТ2, индикационного устройства и триггера. В колебательный контур генера тора АГ2 включен варикап VD.

При отсутствии течения жидкости датчик отключен, схема обнуляется, т. е.

равенство частот автогенераторов устанавливается автоматически с помощью схемы состоящей из реверсивного счетчика (8), цифро-аналогового преобразо вателя ЦАП (9) и варикапа VD. На счетные входы счетчиков (6) и (7) поступают импульсные сигналы с формирователей импульсов (5) и (6) с равными перио дами следования при отсутствии течения жидкости. Счетчики имеют одинако вую разрядность и должны переполняться в один и тот же момент времени. Ес ли при включении питания датчика частоты автогенераторов не равны, то им пульсы переполнения поступают на выходы счетчиков в разное время. Импуль сы переполнения поступают на разные входы (суммирующий или вычитаю щий) реверсивного счетчика. Если первым приходит импульс переполнения от счетчика (6), то триггер T устанавливается в «1» по выходу Q и этот импульс через схему И1 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика. Дво ичный код реверсивного счетчика возрастает и напряжение на выходе ЦАП увеличивается. Это приводит к уменьшению емкости варикапа VD и, следова тельно, к повышению частоты автогенератора АГ2.

При повышении частоты автогенератора АГ2 в какой-то момент времени первым поступит импульс переполнения со счетчика (7). В этот момент време ни триггер T переключится ( Q 1 ) и импульс переполнения с выхода счетчика (7) через схему И2 поступит на вычитающий вход реверсивного счетчика (8).

В этот момент времени частоты автогенераторов практически равны. Погреш ность установки равенства частот автогенераторов зависит от разрядности счетчиков. Чем больше разрядность счетчиков, тем выше точность установки равенства частот автогенераторов. Она определяется выражением:

N Kf 1, N где N – двоичное число на разрядных выходах счетчиков (6) и (7);

K – постоянный коэффициент, определяющий изменение частоты автогенератора при изменении напряжения на выходе ЦАП;

f – погрешность установки равенства частот.

Рис. 1. Структурная схема расходомера жидкости:

1 – отрезок трубы;

2 – автогенератор АГ1;

3 – автогенератор АГ2;

4 – формирователь импульсов ФИ1;

5 – формирователь импульсов ФИ2;

6 – счетчик СТ1;

7 – счетчик СТ2;

8 – реверсивный счетчик;

9 – цифро-аналоговый преобразователь;

10 – двоично-десятичный счетчик;

11 – преобразователь кодов;

12 – индикатор При соответствующем построении электронной схемы датчика можно обеспечить изменение частоты автогенератора на 1 Гц при поступлении на ре версивный счетчик одного импульса. В этом случае погрешность установки ра венства частот при частоте автогенераторов 1 МГц составит 1 / 10 6 10 6.

При подаче на датчик сигнала «Управление», реверсивный счетчик блоки руется и одновременно начинается протекание жидкости через трубу, положе ние мембраны профиля крыла изменяется, что приводит к изменению перемен ной емкости, связанной с положением мембраны. Конструкция выбрана таким образом, что с увеличением скорости движения потока жидкости емкость кон денсатора возрастает. Это приводит к понижению частоты автогенератора АГ1, в результате чего импульс переполнения со счетчика (6) (рис. 2, а) будет приходить с задержкой во времени относительно времени прихода импульса переполнения со счетчика (7) (рис. 2, б). Эти импульсы поступают на устано вочные входы RS-триггера. В результате чего триггер формирует временной интервал, пропорциональный изменению частоты автогенератора АГ1, который поступает на схему ИЗ (рис. 2, в). Этот интервал заполняется импульсами с час тотой автогенератора АГ2 (рис. 2, г).

Рис. 2. Временные диаграммы работы датчика: а – импульс переполнения счетчика (6);

б – импульс переполнения счетчика (7);

в – выход Q триггера T;

г – вход счетчика (10) Количество этих импульсов во времени пропорционально скорости измене ния частоты автогенератора АГ1, а, следовательно, и скорости течения жидкости.

Число импульсов подсчитывается многоразрядным двоично-десятичным счетчи ком (10), разрядные выходы которого подключены к преобразователю двоично десятичного кода в семиэлементный код. Выходы преобразователя кодов под ключены к индикаторам. Число счетных декад, преобразователей и индикаторов зависит от измерения необходимого количества протекающей жидкости.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Расходомеры и счетчики количества : справочник / П. П. Кремлевский. – 4-е изд., перераб. и доп. – Л. : Машиностроение, 1989. – 701 с.

2. Техника измерения расхода и количества жидкостей газов и паров : учеб. для сред. спец. учеб. заведений / В. Г. Цейтлин. – М. : Изд-во стандартов, 1981. – 191 с.

Захаров Николай Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радио техника» Ульяновского государственного технического университета. Область научных ин тересов: измерение неэлектрических величин. Е-mail: rt@ulstu.ru.

Тетерко Вадим Вадимович, студент Радиотехнического факультета Ульяновского го сударственного технического университета. Область научных интересов: схемотехника из мерительных систем и цифровых устройств. Е-mail: zofter@yandex.ru.

_ _ УДК 681.883. М. К. Самохвалов, Д. А. Евсевичев РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛНОЦВЕТНОГО ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ИНДИКАТОРНОГО ЭЛЕМЕНТА Для описания работы индикаторных устройств на основе тонкопленочных электролю минесцентных источников излучения предложен математический аппарат расчета основных характеристик и параметров полноцветного индикаторного элемента.

Отображение информации – это свойство технической системы вос производить требуемую информацию в форме, удобной для непосредствен ного восприятия человеком. Одними из важных элементов функционирова ния систем человек-машина являются средства отображения информации, к которым относятся индикаторные приборы. К числу наиболее перспективных из них относятся пленочные источники излучения, в основе работы которых лежит явление электролюминесценции.

К достоинствам тонкопленочных электролюминесцентных (ТПЭЛ) ин дикаторов относятся высокие яркость и контрастность, время наработки на отказ, радиационная стойкость, большой угол обзора и др. [1]. Типы и конст рукции тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов различаются составом и пространственным расположением слоев тонкопленочных струк тур, конфигурацией и взаимным расположением электродов, обусловленных требованиями к назначению и функциональным характеристикам индикатор ных устройств.

Наиболее типичная конструкция электролюминесцентных конденсаторов содержит пять слоев, нанесенных на диэлектрическую подложку [2]: проводя щий нижний, диэлектрический нижний, люминесцентный, верхний диэлектри ческий, верхний проводящий (рис. 1). Кроме перечисленных пленок в состав электролюминесцентного конденсатора могут входить дополнительные слои, например, слой светопоглощающего контрастного материала.

Для описания работы электролюминесцентных приборов необходимо опре делить их основные электрические характеристики [3]: максимальное рабочее на пряжение Umax, пороговое напряжение Uп, рассеиваемая мощность P;

светотехни ческие характеристики: яркость свечения B, коэффициент светоотдачи.

Рис. 1. Типичная конструкция тонкопленочного электролюминесцентного источника излучения Исследования ТПЭЛ индикатора можно проводить следующим образом:

используя конструктивные параметры (толщины пленок d) и свойства материа лов составляющих ТПЭЛ элемент, рассчитывать электрические и светотехни ческие параметры, применяя следующие выражения:

1. Расчет порогового напряжения Uп:

d + d дл л д, U =U пл п d дл где д, л, – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика и слоя люминофора, соответственно, и dд, dл – толщины диэлектриков и слоя люми нофора, соответственно, Uпл – пороговое напряжение слоя люминофора.

2. Расчет максимально допустимого рабочего напряжения Umax:

d, U E d +E d +E пл л пр.д1 д1 пр.д max д где Епл, Епр.д1, Епр.д2 – пробивные напряженности люминофора, а также первого и второго диэлектрических слоев, соответственно.

3. Расчет усредненной мощности рассеивания Рср:

C, (1) д P = 4f U U - U ср п п С +С д л где Сд, Сл – емкости на обкладках конденсатора, образуемые диэлектрическими и люминесцентным слоями, соответственно, U – амплитуда напряжения.

4. Расчёт усредненной яркости Вср:

- 0 P B 1 B = ср, (2) + = ср B P P + B 0 0 ср 0 ср где В0 – максимальная средняя яркость излучения, 0 – максимально достижи мая величина светоотдачи.

5. Расчет светоотдачи :

/ B ).

= (1 - B 0 ср Результатом проведенных исследований и разработок является завер шенный программный модуль, обеспечивающий расчет основных функцио нальных характеристик монохромного ТПЭЛ элемента. В настоящее время определена новая цель исследования: создание программного продукта, обеспечивающего расчет функциональных характеристик полноцветного ин дикаторного устройства.

Для создания полноцветных тонкопленочных электролюминесцентных эк ранов используются три варианта конструкций плоских индикаторов. В первом варианте используется последовательное нанесение пленок индикаторных элементов различных цветов. К недостаткам данной конструкции относится низкая надежность, обусловленная наличием большого числа слоев. Общее ко личество наносимых слоев более 15, поэтому выход годных электролюминес центных панелей будет невысоким [4].

Второй вариант конструкции представляет собой структуру, соответст вующую структуре одноцветного экрана, но люминесцентный слой наносится в виде трех располагающихся вдоль плоскости подложки и многократно повто ряющихся полосок, состоящих из люминофоров с тремя основными цветами свечения. Данный вариант построения экрана позволяет получить индикатор ные панели с более низкой разрешающей способностью, но с более высокой надежностью.

Третий вариант полноцветного экрана предусматривает получение плоского источника излучения с одним слоем люминофора белого свечения, а излучения трех основных цветов формируются с помощью трех свето фильтров, наносимых на стеклянную подложку. Однако данный способ по строения экрана требует использования люминофора с высокой яркостью свечения, особенно в коротковолновой и длинноволновой областях видимого диапазона, например, сборный люминофор SrS:Ce/ZnS:Mn [5].

В результате анализа представленных вариантов было определено, что наиболее перспективной конструкцией с точки зрения надежности и простоты технологии является структура, состоящая из люминофоров с тремя основными цветами свечения (пиксельный ТПЭЛ-элемент изображен на рис. 2). Было при нято решение о продолжении исследования и разработке системы математиче ских уравнений для расчета функциональных характеристик полноцветного ТПЭЛ индикаторного элемента для второго вида конструкции – с тремя люми нофорами различного цвета свечения.

В представленной конструкции три составляющие пикселя имеют лишь один общий электрод и имеют различные значения управляющих напряжений, следовательно, их не надо рассматривать как параллельно подключенные конден саторы и при расчетах можно считать, что каждая из составляющих пикселя – это отдельный монохромный ТПЭЛ элемент.

Рис. 2. Конструкция полноцветного ТПЭЛ пиксельного элемента с тремя люминофорами различных цветов Изменение цвета ТПЭЛ пиксельного элемента осуществляется за счет из менения яркости отдельного люминофора. Контроль яркости можно осуществ лять при помощи регулирования частоты или амплитуды рабочего напряжения.

Отсюда следует необходимость определения зависимости B(U,f). Согласно проведенным аналитическим выкладкам, используя выражения (1) и (2), было сформулировано выражения для расчета яркости в зависимости от напряжения и частоты:

B 4f C 2 U U - U P B 0 ср 0 0 д п п. (3) B = = ср P + B 4f C 2 U U - U + B (С + С ) 0 ср 0 0 д п п 0 д л B (С + С ) U 0д л, выражение (3) После ввода коэффициентов AU и KB = Un 2 4 C U n 0 д примет вид:

f AU - 1 B 0. (4) B(U, f) = f AU - 1 + K B Полученное выражение (4) является актуальным при проектировании полно цветного ТПЭЛ дисплея с частотным, амплитудным или частотно-амплитудным управлением изменения яркости с целью коррекции цвета пикселя.

Проведенный анализ и разработанный математический аппарат будут ис пользованы при создании программного продукта, обеспечивающего расчет параметров и характеристик, необходимых на этапе проектирования полно цветного ТПЭЛ индикаторного элемента.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Власенко, Н. А. Тонкопленочные электролюминесцентные излучатели / Н. А. Власенко // Физические основы полупроводниковой электроники. – Киев :

Наукова думка, 1985. – С. 254-268.

2. Самохвалов, М. К. Конструкции и технология тонкопленочных электролю минесцентных индикаторов // М. К. Самохвалов. – Ульяновск : УлГТУ, 1997. – 56 с.

3. Евсевичев, Д. А. Автоматизированная система научных исследований процессов проектирования тонкопленочных электролюминесцентных средств отображения информации / Д. А. Евсевичев, О. В. Максимова // Материалы III-й Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века». – Ульяновск : УГСХА, 2010. – С. 31-34.

4. Максимова, О. В. Разработка методов анализа и синтеза тонкопле ночных электролюминесцентных элементов в индикаторных устройствах / О. В. Максимова, М. К. Самохвалов. – Ульяновск : УлГТУ, 2010. – 101 с.

5. Trnqvist R.O. TFEL Color by White – Espoo, Finland: Planar International Ltd. – URL: http://www.planar.com/support/design-resources/ Самохвалов Михаил Константинович, доктор физико-математических наук, профес сор, заведующий кафедрой «Проектирование и технология электронных средств» Ульянов ского государственного технического университета. Область научных интересов: тонкопле ночные электролюминесцентные индикаторы. E-mail: sam@ulstu.ru.

Евсевичев Денис Александрович, аспирант Ульяновского государственного техниче ского университета. Область научных интересов: математическое моделирование, тонкопле ночные электролюминесцентные индикаторы. E-mail: denistk_87@mail.ru.

_ УДК 658.512. О. В. Козинцев, А. Ф. Похилько ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЕ Предлагается программное решение для проектирования радиотехнических устройств.

Используя это решение, создается модель процесса проектирования. Инициализация процес са начинается с момента написания технического задания и заканчивается созданием трех мерной модели устройства.

Радиотехническое устройство независимо от своего назначения и уровня сложности представляет собой систему, т. е. совокупность физических объек тов, между которыми существуют определенные взаимодействия. В структуре системы можно выделить вход, на который подается исходный сигнал, и выход, откуда снимается преобразованный сигнал. Если интересуются лишь связью между сигналами на входе и выходе и не описывают внутренние процессы в системе, то говорят, что система представляет собой «черный ящик» [1].

Рассмотрим для примера антенную систему для СВЧ диапазона. Такие системы представляют собой объемное устройство, состоящее из волновода, резонатора, линии задержки и других подобных устройств. Для проектирования таких устройств используют системы твердотельного (трехмерного) проекти рования, системы автоматизации инженерных расчетов и инженерного анализа.

Цель проектирования: построить трехмерную модель системы и выпустить конструкторскую документацию в виде чертежа.

Таким образом, процесс проектирования тоже можно представить в виде «черного ящика», на входе которого будет набор параметров, а на выходе – ли бо преобразованные параметры (например, электрических в геометрические), либо исходная модель устройства. Отсюда вытекает, что необходима такая сис тема проектирования, которая позволяет получать трехмерную модель не толь ко на основе геометрических параметров, но и физических, в зависимости от предметной области.

Проектирование и моделирование процесса проектирования На рис. 1 и рис. 2 показаны различные конструктивные исполнения пло ской антенны поверхностной волны с ребристой замедляющей структурой.

Рис. 1. Конструктивное исполнения антенны поверхностной волны:

1 – ребристая замедляющая система;

2 – рупор;

3 – волновод Рис. 2. Конструктивное исполнение антенны поверхностной волны: 1 – рупор;

2– ребристая замедляющая система Для проектирования подобных устройств было разработано программное решение, интегрированное с системой трехмерного моделирования (КОМПАС 3D) и системой компьютерной алгебры (MathCAD, SMath Studio). Интеграция заключается в добавление процедуры связывания и извлеченных переменных из этих систем. В качестве инструмента для описания процесса проектирова ния использовался CA ERwin Process Modeler.

Определено следующее: недостаточно связать геометрические параметры модели со значениями, полученными в результате расчета, что бы получить все возможные исполнения изделия (это показано на рис. 1 и рис. 2, видны конст руктивные различия, на которые не влияют параметры).

Для моделирования процесса проектирования использовалась нотация IDEF0, которая не позволяет добавлять на диаграмму блоки с операциями ИЛИ, для выбора исполнения. Существует нотация IDEF3, которая содержит этот блок, но она не позволяет автоматически принять решение (например, исходя из технического задания или исходя из технологических особенностей и т. д.) о конструкторских вариантах изделиях.

Модель процесса получена на основе методики описанной в [3]. Процесс проектирование антенны поверхностной волны показан на рис. 3, 4 и 5. На ри сунках видно, что:

все работы идут одна за другой и требуют последовательного выполнения;

такая модель позволяет получить одно исполнение изделия.

Рис. 3. Модель процесса проектирования антенны поверхностной волны с ребристой замедляющей структурой Рис. 4. Декомпозиция работы «Произвести расчет»

На рис. 4 показан процесс перехода от физических параметров к геометри ческим, за счет этого можно при изменении физического параметра автомати чески изменить геометрические параметры антенны. Но также видно, что неиз менной остается структура устройства.

Для изменения структуры нужно определить параметры, которые влияют на структуру. Параметры могут быть условными, дискретными и лингвистиче скими. В первом случае задается условие, при выполнении которого выбирает ся какое-то решение. Во втором случае и третьем случаях, задается ряд чисел или слов и для каждого значения строится решения.

Рис. 5. Декомпозиция работы «Создать 3D модель антенны»

Для того, чтобы создавать различные исполнения изделия, в работах [4, 5] описана модель представления проектной деятельности для создания путей достижения технического решения. В этой модели процесс проектирования представляется графом, а его вершины представляются в виде проектных опе раций и И-ИЛИ узлов. У этого способа, как показано в [5], имеются недостатки.

В качестве варианта развития этой идеи предлагается использовать модифици рованный вариант нотации IDEF0, добавив в нее из нотации IDEF3 логические операции (рис. 6). При этом, если использовать нотацию IDEF для моделирова ния процесса в интегрированной инструментальной среде, у нее изменится ар хитектура: добавится проектная процедура добавления или удаления операций построение трехмерной модели и создания исполнения.

Рис. 6. Декомпозиция работы «Создать 3D модель замедляющей структуры»

Таким образом, при проектировании устройства создается техническое за дание, которое содержит данные для проектирования, на основе этого текста создается процесс проектирования с различными вариантами исполнения.

При этом достигается результат, который повышает скорость модификации и скорость создания различных исполнений изделия.

Результаты разработки прототипа системы:

разработана структура БД, позволяющая хранить информацию о проект ной деятельности;

разработано программное решение, которое позволило эксперименталь но опробовать и выбрать подходящие механизмы интеграции;

разработан графический интерфейс пользователя, позволяющий в удоб ной форме производить обмен данными между КОМПАС-3D и MathCAD (или SMath Studio).

К направлениям дальнейшей работы можно отнести следующее:

разработка инструментов, которые позволили бы создавать структурно параметризированные процессы;

доработка интерфейса пользователя для более удобного процесса проек тирования (внедрение как ActiveX-объектов КОМПАС-3D и MathCAD непо средственно в рабочую область, и т. п.).

Рассмотренная модель процесса проектирования позволяет сделать вывод:

процесс нужно моделировать в виде диаграммы, для того, что бы можно было накапливать проектные решения. Было сделано замечание по поводу недостат ков нотации IDEF, и предложен вариант решения.

Как решение вопроса о моделировании процесса проектирования может быть предложена система, которая позволяет описывать процессы, начиная от этапа создания и заканчивая моделью технического объекта. Такая система должна обеспечивать целостность и модифицируемость процесса проектирования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С. И. Баскаков. – М. : Высш. школа, 2000.

2. Белоцерковский, Г. Б. Задачи и расчеты по курсу «Устройства СВЧ и антенны» : учеб. пособие / Г. Б. Белоцерковский, В. Н. Красюк ;

СПбГУАП. – СПб., 2002. – 178 с.

3. Похилько, А. Ф. CASE-технологии моделирования процессов с ис пользованием средств BPWin и ERWin : учебное пособие / А. Ф. Похилько, И. В. Горбачев. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 120 с.

4. Похилько, А. Ф. Формальное представление процесса проектной деятельности в инструментальной инфокоммуникационной среде САПР / А. Ф. Похилько, А. А. Маслянцын, А. В. Скворцов и др. // Инфокоммуникаци онные технологии. – 2008. – Том 6. – №1. – С. 50-55.

5. Похилько, А. Ф. Модель представления проектной деятельности в инст рументальной интеллектуальной среде САПР / А. Ф. Похилько, А. В. Скворцов // Автоматизация процессов управления. – 2008. – Том 6. – №3. – С. 43-47.

Козинцев Олег Васильевич – аспирант Ульяновского гоударственного технического университета. Область научных интересов: моделирование процессов проектирования ради электронной аппаратуры.

Похилько Александр Федорович – кандидат технических наук, профессор кафедры «Системы автоматизированного проектирования» Ульяновского гоударственного техниче ского университета. Область научных интересов: моделирование процессов проектирования радиэлектронной аппаратуры.

_ _ УДК 621.382. О. В. Максимова, М. К. Самохвалов ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ Статья посвящена вопросам автоматизации проектирования тонкопленочных электро люминесцентных индикаторных устройств. Рассматриваются принципы, аспекты, средства построения САПР тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов и их структура.

Для создания любой системы автоматизации необходимо знать свойства объекта автоматизации. Для САПР ТПЭЛИ таким объектом является процесс проектирования ТПЭЛИ. Поэтому для разработки системы, осуществляющей автоматизацию проектирования ТПЭЛИ, необходимо четко представлять этапы проектирования и процессы, составляющие их.

На основе существующих методик проектирования устройств отображения информации (прямые аналитические методы синтеза (разработаны для ряда простых типовых механизмов);

эвристические методы проектирования – решение задач проектирования на уровне изобретений (например, алгоритм решения изобретательских задач);

синтез методов анализа – перебор возможных решений по определенной стратегии (например, с помощью генератора случайных чисел – метод Монте-Карло) с проведением сравнительного анализа по совокупности качественных и эксплуатационных показателей (часто используются методы оптимизации – минимизация сформулированной разработчиком целевой функции, определяющей совокупность качественных характеристик изделия) [1-3]), была разработана типовая схема проектирования индикаторных устройств (ИУ), которая представлена на рис. 1 [4].

Техническое задание является основным документом, определяющим требования и порядок создания (развития или модернизации) индикаторных устройств, в соответствии с которым проводится разработка проекта и его приемка при вводе в эксплуатацию.

Под назначением индикаторного устройства подразумевается область его применения. Индикаторные устройства служат одним из основных средств информационной связи в системе «машина-человек» и применяются в бортовой аппаратуре, при научных исследованиях, в технике и быту. Они сигнализируют об аварийных ситуациях и о поступлении особо срочной информации, облегчают принятие решения. В зависимости от места и характера применения индикаторы имеют различную форму отображения информации, массогабаритные размеры, спектр излечения.

Рис. 1. Схема проектирования индикаторных устройств В разделе «Условия эксплуатации ИУ» перечисляются факторы, оказывающие вредное воздействие на индикаторные устройства, их возможные сочетания. Определяются параметры, характеризующие правильность функци онирования, их допустимые значения. В итоге определяются способы контроля и значение потока информации.

На этапе «Определение параметрической базы ИУ» выходной информа цией являются электрические характеристики и конструктивные параметры, а также методики их определения (методики проектирования).

На последнем этапе проектирования производится анализ и оценка полу ченного после прохождения трех предыдущих этапов проектирования индикаторного устройства.

В результате анализа схемы, представленной на рис. 1, и, основываясь на результатах проведенных исследовательских работ в области проектирования тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных устройств, были выделены следующие этапы их проектирования:

1. Составление технического задания на ТПЭЛИ.

2. Определение структуры и организации ТПЭЛИ. При определении структуры и организации ТПЭЛИ имеется в виду выявление типа конструкции исходя из общего назначения, особенностей отображаемой информации.

3. Определение электрических и конструктивных параметров элементов, компонующих устройство.

4. Коррекция структуры и оценка спроектированного ТПЭЛИ.

Нами был детально рассмотрен третий этап, как наиболее важный и трудоемкий [4]. На этом этапе производятся все расчеты электрических, светотехнических и конструктивных параметров и режимов работы ТПЭЛИ.

Данный этап проектирования можно разделить на следующие процессы:

1. Анализ электрических характеристик:

1.1. Расчет максимально допустимого напряжения;

1.2. Расчет порогового напряжения электролюминесцентных конденсаторов;

2. Анализ светотехнических характеристик:

2.1. Расчет яркости электролюминесцентных конденсаторов;

2.2. Расчет светоотдачи.

3. Анализ конструктивных параметров:

3.1. Выбор материалов слоев;

3.2. Выбор толщин слоев.

Входные данные из условий технического задания не являются данными для расчета при анализе ТПЭЛИ. Параметры – максимально допустимое рабочее напряжение, мощность, яркость представляют собой некоторые ограничения на проектирование ТПЭЛИ.

При анализе характеристик элементов ТПЭЛИ результатом будут являться пороговое напряжение, максимально допустимое рабочее напряжение, усредненная мощность рассеяния, среднее значение яркости, светоотдача, поэтому для выбора наиболее эффективного проектного решения должно проводиться сравнение результатов проектирования с данными, представлен ными техническим заданием на проектирование ТПЭЛИ.

Противоположную ситуацию можно наблюдать при синтезе параметров элементов тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов. В этом случае данные, представленные техническим заданием, будут использоваться как в расчете толщин диэлектрических и люминесцентного слоев так и в сравнении с результатами проектирования.

Схема проектирования ТПЭЛИ (рис. 2) разработана исходя из вышеизло женного. Видно, что после определения ограничений максимально допусти мого рабочего напряжения Umax, мощности P, яркости B, и спектра излучения, исходя из технического задания, выбора структуры ТПЭЛИ, разработки методик проектирования ТПЭЛИ, анализа характеристик элементов ТПЭЛИ, оценки значений порогового напряжения Uп, среднего значения яркости Bср, усредненной мощности рассеяния Pср, максимально допустимого рабочего напряжения Umax, светоотдачи синтеза параметров элементов тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов, оценки значений толщин слоев люминесцентного dл и диэлектрического dд определяются последующие действия, ведущие либо к различным корректировкам, либо к окончанию анализа и синтеза ТПЭЛИ.

Рис. 2. Схема процесса проектирования ТПЭЛИ Для создания системы автоматизированного проектирования (САПР) тонкопленочного электролюминесцентного индикатора (ТПЭЛИ) необходимо ее структурирование по различным аспектам, что обуславливает появление видов обеспечения САПР. Рассмотрим существующие семь видов обеспечения, общепринятых для создания САПР, применительно к САПР ТПЭЛИ:

1. Техническое обеспечение включает различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства).

Технические средства в САПР ТПЭЛИ решают следующие задачи:

1.1. Ввода исходных данных описания объекта проектирования. Данные, определяемые техническим заданием и проектировщиком, вводятся непосред ственно с клавиатуры. Параметры материалов слоев ТПЭЛИ для проектирова ния выбираются из информационных таблиц и окна ввода данных с помощью манипулятора «мышь».

1.2. Отображения введенной проектировщиком информации с целью ее контроля и редактирования. Информация о материалах слоев может редактиро ваться только через непосредственный вход в таблицу в формате csv. Все ос тальные данные для проектирования (из технического задания или определяе мые проектировщиком) отображаются в окне расчета ТПЭЛИ. Устройством отображения является монитор.

1.3. Преобразования информации. Преобразование входных данных в вы ходные в САПР ТПЭЛИ происходит программно и не требует специализиро ванных аппаратных средств.

1.4. Хранения информации. Хранение всех данных осуществляется на жест ком диске.

1.5. Отображения итоговых и промежуточных результатов решения. Про межуточные решения автоматизированного проектирования не отображаются, так как не имеют информационной ценности для проектировщика. Итоговые результаты проектирования ТПЭЛИ отображаются на мониторе и могут быть представлены в печатном виде.

1.6. Оперативного общения проектировщика с системой в процессе реше ния задач. Процедура оперативного вмешательства в процессе автоматизиро ванного проектирования ТПЭЛИ происходит на стадии ввода данных.

Для решения этих задач технические средства САПР ТПЭЛИ должны содержать: процессор, оперативную память, внешние запоминающие устройст ва, устройства ввода-вывода информации, технические средства машинной гра фики, устройства оперативного общения человека с ЭВМ.

САПР ТПЭЛИ реализуется на базе персонального компьютера, не исполь зует сетевые технологии, то есть разрабатываемое программное обеспечение рассчитано на одно рабочее место проектировщика.

2. Математическое обеспечение объединяет математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования.

3. Информационное обеспечение состоит из данных, используемых при проектировании;

вся совокупность используемых при проектировании ТПЭЛИ данных называется информационным фондом САПР ТПЭЛИ.


Процесс проектирования ТПЭЛИ представляется организованной последо вательностью преобразования информации из входной в выходную.

Исходная (входная) информация включает большое количество данных.

С целью систематизации данных в процессе проектирования ТПЭЛИ исходная информация была сгруппирована по следующим классам:

3.1. Информация справочного характера. Включает в себя данные материа лов люминесцентных и диэлектрических слоев, составляющих ТПЭЛИ, струк турированные в двух таблицах, и общеизвестные константы, необходимые для расчета при проектировании ТПЭЛИ.

3.2. Данные прототипов объектов проектирования. Сюда включается ин формация о структуре ТПЭЛИ. Как ранее было изложено, проектируемый ин дикатор представляет собой пятислойную структуру с диэлектрическими слоя ми, выполненными из одного и того же материала.

3.3. Методики проектирования. Здесь имеется ввиду расчет ТПЭЛИ, кото рый остается неизменным на протяжении всего процесса проектирования и яв ляется автоматизированным.

3.4. Специфичные условия и требования к конкретному объекту проекти рования. В этот класс включаются сведения и содержащиеся в техническом за дании данные, определяемые проектировщиком.

Первые три класса являются неизменными на сравнительно длительном отрезке времени, значительно превышающем длительность процесса проектирования. Информация четвертого класса меняется от одного объекта ТПЭЛИ к другому.

Выходная информация охватывает все данные ТПЭЛИ, полученные на промежуточных и конечных этапах проектирования. Она определяет конструкторско-технологическую реализацию ТПЭЛИ;

параметры, процессы и режимы его функционирования. С другой стороны, выходная информация содержит критериальные оценки ТПЭЛИ, необходимые для введения коррекций в принятые решения. Можно сказать, что информационное обеспечение САПР ТПЭЛИ представляет собой совокупность информацион ного фонда, определяющегося данными, используемыми на всех этапах проектирования ТПЭЛИ и средств его ведения.

Были рассмотрены способы ведения информационного фонда САПР:

использование файловой системы;

построение библиотек;

использование банков данных;

создание информационных программных адаптеров. Способом ведения информационного фонда в САПР ТПЭЛИ является файловая система.

Данный способ распространен в организации информационного фонда различных вычислительных систем, поскольку поддерживается средствами операционных систем.

4. Лингвистическое обеспечение выражается языками общения между проектировщиками и вычислительной машиной, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР. Языки, используемые в САПР, можно разбить на две основные группы: языки программирования и языки проектирования.

Языки программирования предназначены для написания текстов программ. Программа для автоматизации проектирования ТПЭЛИ будет реализована на объектно–ориентированном языке программирования, так как объектно-ориентированные языки, в которых оперирование идет объектами (окно, меню, кнопка, указатель и т. д.), позволяют писать программы с единым интерфейсом, облегчают программирование рутинных операций оформления программы.

Описание задачи автоматизированного проектирования ТПЭЛИ [5] включает в себя следующую информацию:

4.1. Описание рассчитываемых параметров (выходных) – тип параметра, условия расчета;

сюда включаются электротехнические параметры – пороговое напряжение, максимально допустимое рабочее напряжение и светотехнические параметры ТПЭЛИ – яркость, светоотдача.

4.2. Описание условий анализа параметров – тип варьируемых внутренних параметров, шаг и диапазон изменения;

сюда включаются: параметр, определяемый условиями возбуждения свечения;

частота возбуждающего напряжения;

средняя мощность, рассеиваемая в слое люминофора;

максимально достижимая величина светоотдачи;

напряженность электрического поля в люминофоре;

максимальная средняя яркость излучения;

эффективность светового выхода;

постоянная времени для излучательных переходов;

концентрация центров свечения.

4.3. Описание условий оптимизации параметров – сведения о варьируемых параметрах, выходных оптимизируемых параметрах, ограничениях, критериях оптимизации;

одним из условий оптимизации для ТПЭЛИ является минимизация порогового напряжения.

4.4. Описание алгоритмов расчета, анализа и оптимизации – типы алгорит-мов и параметры, определяющие их скорость, точность и надежность, маршруты проектирования. По результатам анализа процессов проектирования были определены два направления проектирования ТПЭЛИ:

синтез и анализ ТПЭЛИ.

4.5. Описание задания на вывод результатов – форма представления резуль татов (таблица, график, чертеж), параметры выходного документа (шаг печати, масштаб, диапазон). В разрабатываемой САПР ТПЭЛИ предполагается табличный и текстовый вид представления результирующей информации.

Языки диалога предназначены для организации взаимодействия пользователя и САПР ТПЭЛИ в процессе проектирования. Различают три типа диалоговых языка: с инициативой у пользователя;

с инициативой у ЭВМ;

комбинированный.

В САПР ТПЭЛИ используется комбинированный тип диалогового языка, так как программное обеспечение САПР ТПЭЛИ работает в двух режимах:

прямого расчета и режима мастера. Основными элементами языка являются следующие: подсказка ЭВМ пользователю;

директивы пользователя ЭВМ;

меню, предоставляющее пользователю возможность выбора.

5. Программное обеспечение представляет собой совокупность программ мных средств, необходимых для выполнения автоматизации проектирования.

Программное обеспечение связывает все остальные виды обеспечений в САПР.

В рамках автоматизации проектирования ТПЭЛИ программное обеспечение можно поделить на:

5.1. Общее программное обеспечение САПР (для обеспечения организа ции функционирования САПР и технических средств (планирование и управление вычислительным процессом и проектированием, распределение ресурсов)). Это функции операционной системы. САПР ТПЭЛИ должна реализовываться в среде Windows, т. к. данная система самая распространенная.

5.2. Специальное программное обеспечение САПР (реализует математи ческое обеспечение для непосредственных задач проектирования).

5.3. Базовое программное обеспечение – вспомогательные средства САПР (системы управления базами данных).

Требования к программному обеспечению:

- эффективная реализация (когда затраты памяти, объем вычислений, точность и надежность результатов не отличается от теоретических оценок);

- информационная согласованность (согласованность пакетов прикладных программ САПР для совместного использования, или модулей внутри).

Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информационно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то программы информационно не согласованы. Ручная перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР ТПЭЛИ.

Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ;

- открытость программного обеспечения (открытость для модернизации, обновления, пополнения).

6. Методическое обеспечение САПР ТПЭЛИ включает методы анализа и синтеза ТПЭЛИ, поэтому его можно отнести к математическому обеспечению.

7. Организационное обеспечение представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия. Для разрабатываемой САПР ТПЭЛИ этот вид обеспечения не рассматривается.

В ходе исследования принципов построения САПР [6, 7, 8] были сформу лированы требования к САПР ТПЭЛИ:

1. Системное единство – связи между подсистемами должны обеспечивать целостность системы. Система представляет собой базу данных для выбора материалов слоев, модуль математического расчета параметров ТПЭЛИ и управляющий модуль взаимодействия.

2. Развитие – САПР должны создаваться с учетом пополнения, совершенствования и обновления;

имеется ввиду пополняемая база данных материалов слоев ТПЭЛИ.

3. Информационное единство – использование единых условных обозна чений, терминов, символов, языков, способов представления информации.

САПР ТПЭЛИ должна соответствовать принятым стандартам представления данных в проектировании.

4. Совместимость – совместное функционирование подсистем при сохранении открытости структур, т. е. возможность модификации программного кода.

Сформулированные требования являются общими, основополагающими положениями для разрабатываемой САПР ТПЭЛИ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Альтшуллер, Г. С. Алгоритм изобретения / Г. С. Альтшуллер. – М. :

Московский рабочий, 1973. – С. 79.

2. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж. К. Джонс ;

пер. с англ.– 2-е изд. – М. : Мир, 1986. – С. 326.

3. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование: системный подход / Я. Дитрих ;

пер. с польск. – М. : Мир, 1981. – С. 456.

4. Самохвалов, М. К. Разработка алгоритмов проектирования тонкопле ночных электролюминесцентных индикаторных устройств / М. К. Самохвалов, О. В. Максимова // Вестник Самарского государственного технического университ ета. – Самара : СГТУ – 2008. – №1. – С. 99-106. – (Сер. «Технические науки»).


5. Максимова, О. В. Разработка алгоритмов проектирования тонкопленоч ных электролюминесцентных индикаторных устройств / О. В. Максимова // Труды V Всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ) «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем». – Ульяновск : УлГТУ, 2007. – С. 280-282.

6. Системы автоматизированного проектирования: пособие. В 9 кн. / под ред. И. П. Норенкова. – М. : Высш. шк.,1986. – С. 191.

7. Теоретические основы САПР / В. П. Корячко, В. М. Курейчик, И. П. Норенков. – М. : Энергоатомиздат, 1987. – 400 с.

8. Кошелев, А. В. Основы автоматизированного проектирования: учебное пособие / А. В. Кошелев, М. Г. Рубанович, А. К. Синякин и др. – Новосибирск :

СГГА, 2005. – Режим доступа : http://www.ssga.ru.

Максимова Оксана Вадимовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Про ектирование и технология электронных средств» Ульяновского государственного техниче ского университета. Область научных интересов: проектирование и исследование тонкопле ночных электролюминесцентных индикаторов. E-mail: denistk_87@mail.ru.

Самохвалов Михаил Константинович, доктор физико-математических наук, профес сор, заведующий кафедрой «Проектирование и технология электронных средств» Ульянов ского государственного технического университета. Область научных интересов: тонкопле ночные электролюминесцентные индикаторы. E-mail: sam@ulstu.ru.

_ _ УДК 621. И. В. Ермолаев, П. Г. Тамаров МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ Описан процесс моделирования транзисторного умножителя частоты в среде NI Multisim 11.

Создание законченного радиоэлектронного устройства немыслимо без ма кетирования и моделирования его отдельных узлов. Макетирование дает наи более достоверные результаты, но есть случаи, когда создание макета невоз можно или затруднено: слишком дорогой макет, время на проектирование ог раничено, а сроки поставки компонентов слишком большие и т. д. В этих слу чаях на помощь проектировщику приходят современные информационные тех нологии, а именно системы моделирования.

Сегодня системы моделирования можно встретить в разных сферах жизне деятельности от бытовых ситуаций в психологии до разработки крупных про ектов в космической отрасли. В радиотехнике моделирование присутствует на всех этапах жизненного цикла изделия: от идеи до вывода из эксплуатации.

Наиболее востребованной для специалистов направления «Радиотехника» явля ется система моделирования электрических схем.

На рынке САПР представлен большой спектр пакетов и программ схемо технического моделирования с разными возможностями.

В данной работе используется система моделирования Multisim 11 [1].

Для обучения студентов навыкам владения современным инструментом про ектирования на кафедре «Радиотехника» УлГТУ были использованы методи ческие указания к лабораторной работе «Исследование транзисторных ум ножителей частоты».

Исходными данными для моделирования является схема макета для вы полнения лабораторной работы (рис. 1) [2].

При моделировании было принято решение исключить из схемы буферный усилитель на транзисторе VT1, т. к. этот усилительный каскад осуществляет функцию усиления слабого сигнала от источника возбуждения умножителя частоты, а в модели возможно задавать в генераторе необходимую амплитуду сигнала, минуя буферный усилитель.

Рис. 1. Принципиальная схема макета В результате моделирования была получена модель умножителя, пред ставленая на рис. 2.

Рис. 2. Схема модели умножителя частоты При создании модели возникли трудности в связи с тем, что среда, кроме основных параметров элемента, моделирует его паразитные свойства.

Оказалось, что в данной модели не были учтены паразитные параметры схемы, это привело к несоответствию модели и реальной схемы.

В настоящее время модель соответствует натурным параметрам реальной схемы макета и проводятся ее исследования. Результаты исследования будут оформлены в ближайшее время и могут стать темой следующей публикации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Multisim User Guide. – National Instruments Corporation, 2007.

2. Белов, Л. А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов :

учебник для вузов / Л. А. Белов и др. ;

под ред. Г. М. Уткина, В. Н. Кулешова, Н. В. Благовещенского. – М. : Радио и связь, 1994. – 416 с.

Ермолаев Иван Валерьевич, студент Радиотехнического факультета Ульяновского государственного технического университета. Область научных интересов: моделирование и проектирование радиоэлектронных элементов и устройств. E-mail: rt@ulstu.ru.

Тамаров Павел Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радио техника» Ульяновского государственного технического университета. Область научных ин тересов: радиотехнические устройства и системы. E-mail: rt@ulstu.ru.

_ _ УДК. 621.375:004. М. А. Рехов, П. Г. Тамаров МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В УСИЛИТЕЛЯХ МОЩНОСТИ Статья посвящена введению в систему высшего образования инженерной направленно сти технологий моделирования физических процессов на примере внедрения симуляторов электрических схем в учебный процесс.

Технология не нова, но применять ее в полной мере при обучении спе циалистов по дисциплине «Устройства генерации и формирования радиосиг налов» («УГиФРС») пока еще не приходилось. Тому есть несколько причин.

Во-первых, цена на программные продукты достаточно высока. Во-вторых, многие из них не адаптированы для российских потребителей. Например, базы программ почти не содержат моделей отечественных элементов, нет пособий для пользователей на русском языке. В-третьих, в вузах, в первую очередь, обучают работе с реальными элементами. Но выгода от внедрения моделирова ния очевидна. Прогресс не стоит на месте, а шагает вверх с экспоненциальным ускорением, и человечество старается оптимизировать процесс изучения и по знания так, чтобы тратить меньше времени на побочные действия. Это и есть первый фактор, показывающий необходимость таких инноваций. Моделирова ние на компьютере экономит массу времени при внесении изменений в элек трические схемы во время исследований. На реальные стенды также действуют факторы окружающей среды, такие как температура, давление и влажность, ко торые изменяют характеристики приборов. Цифровые модели работают точно и даже позволяют исследовать процессы при критических температурах и других параметрах, не прилагая при этом больших усилий по созданию условий для этого. Это основные аргументы в пользу симуляторов, позволяющих ускорить учебный процесс и сделать эксперименты более однозначными. В конструктор ских бюро уже используются технологии моделирования, что говорит еще раз о необходимости изучения данной темы будущими специалистами.

Можно предположить, что финансирование такого проекта не только даст свои плоды, но и даст их в огромном количестве.

Симуляторы электрических схем представляют собой комплекс програм ного обеспечения для разработки устройств и исследования поведения прото типов. Типичный симулятор состоит из базы элементов, включающей в себя все необходимые параметры, программы для составления электрических схем и программы для расчета взаимодействий между элементами.

Для наших исследований мы выбрали комплекс ПО NI MultiSim [1]. Ре зультаты оправдали ожидания. Работа заключалась в моделировании усилителя мощности при работе на низкой и высокой частоте. Все необходимые физиче ские процессы присутствуют при симуляции схемы [2]. При переходе каскада в перенапряженный режим возникает выраженный провал в импульсе коллек торного тока. Его положение также зависит от фазы входного сигнала. Поведе ние моделей соответствует прогнозируемому. Сравнение результатов, получен ных при моделировании, с результатами опытов, полученных на реальном стенде и при математических расчетах, будут приведены в следующей статье.

В методических указаниях к лабораторным работам на основе разрабо танной модели рекомендуется выдавать студентам список характеристик, ко торым должен отвечать результат выполнения работы, каждому индивиду ально. Студенты сами должны рассчитывать электрическую схему и номина лы элементов в ней. Традиционно используется несколько типовых схем, так что это не вызовет больших затруднений, но поможет получить больше опы та в расчетах усилителей мощности, расширит рамки курса «УГиФРС».

При этом студенты получат краткий справочник функций программы, позво ляющий без труда начать работу в Multisim.

В заключение еще раз отметим, что в настоящее время на передовых пред приятиях России используются программные и аппаратные комплексы, осно ванные на последних достижениях науки. Внедрение симуляторов электриче ских схем большой шаг в модернизации системы обучения инженеров.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Multisim User Guide. – National Instruments Corporation, 2007.

2. Белов, Л. А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов :

учебник для вузов / Л. А. Белов и др. ;

под ред. Г. М. Уткина, В. Н. Кулешова, Н. В. Благовещенского. – М. : Радио и связь, 1994. – 416 с.

Рехов Михаил Александрвич, студент Радиотехнического факультета Ульяновского государственного технического университета. Область научных интересов: моделирование и проектирование радиоэлектронных элементов и устройств.

Тамаров Павел Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радио техника» Ульяновского государственного технического университета. Область научных ин тересов: радиотехнические устройства и системы.

_ _ УДК 621.376:004. А. Р. Раимов, П. Г. Тамаров МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГЕНЕРАТОРЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ Рассматривается моделирование реальных схем транзисторных генераторов амплитуд но-модулированных колебаний с базовой, коллекторной и эмиттерной амплитудной модуля цией в среде моделирования NI Multisim 11.

В связи с моральным старением имеющейся техники для проведения лабораторных работ возникает потребность в усовершенствовании процесса изучения учебного материала. В данной статье рассматривается модель од ной из лабораторных работ, предусмотренных учебным планом по специ альности «Радиотехника».

Применение современных систем САПР дает возможность реализовать принцип сквозного проектирования изделий, начиная с создания электриче ской схемы и заканчивая технологической подготовкой производства.

САПР позволяют избавить проектировщика от рутинной работы по оформ лению документации, ускорить поиск необходимой информации, значи тельно уменьшить время завершения новых разработок. Специалист может сосредоточить свои усилия на самых важных вопросах проектирования. За нимаясь схемотехническим проектированием с помощью САПР, можно не только легко и быстро ее создать и внести в нее изменения, но и смоделиро вать работу этой схемы, учитывая характеристики реальных элементов и внешние условия, практически исключая такой этап, как макетирование схемы для проверки ее работоспособности. Разработка печатной платы про водится на основе спроектированной схемы с помощью функций автомати ческого размещения элементов и автотрассировки проводников. При этом одновременно возможно моделирование работоспособности устройства уже с учетом реальной конструкции печатной платы, а также исследование ее температурного режима и механических характеристик.

В данной работе представлена модель макета лабораторного стенда для ис следования генератора с базовой, эмиттерной и коллекторной амплитудной мо дуляцией и внедрять ее в процесс обучения. Схема генератора с базовой, эмит терной и коллекторной амплитудной модуляцией представлена на рис. 1 [2].

Рис. 1. Схема генератора с базовой, эмиттерной и коллекторной амплитудной модуляцией Для упрощения и наглядности было принято решение разбить схему на три модели с базовой, коллекторной и эмиттерной модуляцией. В настоящее время смоделированы только схемы с базовой и коллекторной модуляцией. Эмиттер ную модуляцию планируется создать позже. Схемы с базовой и коллекторной модуляцией представлены на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2. Схема с базовой модуляцией Рис. 3. Схема с коллекторной модуляцией Создание модели потребовало детального изучения алгоритма и операций, выполняемых компьютерной программе. Для уточнения параметров элементов пришлось детально изучить текст модели [1]. Данная работа помогает глубже понять моделирование в системе САПР и развить навыки моделирования ра диоэлектронных элементов и узлов. Она облегчит выполнение лабораторных работ студентам радиотехнического факультета.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Multisim User Guide. – National Instruments Corporation, 2007.

2. Белов, Л. А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов :

учебник для вузов / Л. А. Белов и др. ;

под ред. Г. М. Уткина, В. Н. Кулешова, Н. В. Благовещенского. – М. : Радио и связь, 1994. – 416 с.

Раимов Азат Маратович, студент Радиотехнического факультета Ульяновского госу дарственного технического университета. Область научных интересов: моделирование и проектирование радиоэлектронных элементов и устройств. E-mail: rt@ulstu.ru.

Тамаров Павел Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радио техника» Ульяновского государственного технического университета. Область научных ин тересов: радиотехнические устройства и системы. E-mail: rt@ulstu.ru.

_ УДК 621.391.677: 519.711. А. Н. Якимов, П. Г. Андреев МОДЕЛЬ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВОЗБУЖДАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ Моделируется взаимное влияние зеркала, рупорного облучателя и элементов его креп ления на характеристики излучения параболической антенны. Рассмотрена процедура оцен ки такого влияния, основанная на совместном использовании предложенных конечно элементных моделей и известных приближенных решений. Проведен анализ полученных ре зультатов.

При проектировании осесимметричных зеркальных параболических ан тенн возникает проблема оценки и минимизации возмущающего воздействия затенения зеркала облучателем и элементами его крепления. Вследствие такого затенения не все компоненты электромагнитного поля, создаваемого зеркалом антенны, достигают точки наблюдения. В результате оказывается достаточно сильное влияние на характеристики излучения антенны.

Сложности оценки этих возмущающих воздействий на этапе проектирования могут быть преодолены благодаря использованию конечно-элементной математи ческой модели отражателя антенны. Такой подход позволяет представить векторы электромагнитного поля E и H совокупностью компонент, формируемых от дельными фрагментами излучающей поверхности зеркала, являющимися конеч ными элементами (КЭ) ее разбиения. Зная геометрические характеристики этих элементов, можно определить центры их излучения и, используя справедливый для данного типа антенн метод геометрической оптики, оценить интервалы углов, в пределах которых затеняется излучение каждого КЭ.

Представим параболическую антенну с рупорным облучателем в декарто вой системе координат (рис. 1).

Угловые интервалы затенения зеркала в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяется соответствующими максимальными max или max и минимальными min или min угловыми положениями точек граней затеняюще го объекта для каждого заданного углового положения в вертикальной или в горизонтальной плоскости соответственно. Для плоских граней такие поло жения определяются точками ребер этих граней.

Рис. 1. Геометрическая модель параболической антенны с рупорным облучателем Для ребер граней объекта затенения (в нашем случае рупорного излучате ля), параллельных осям координат, все текущие точки с координатами xт, yт и zт определены координатами узловых точек 5…12.

Произвольные углы наблюдения текущих точек ребер затеняющего объек та из центров излучающих элементов могут быть определены по следующим формулам:

x -x f т = arctg т ik, (1) zт - zik y -y т = arctg т ik, (2) zт - zik где т, т – углы наблюдения текущих точек ребер в горизонтальной и верти кальной плоскостях соответственно;

xт, y т, z т – координаты текущих точек ре бер;

xik, yik, zik – координаты центров излучающих элементов с индексами i и k. При этом полагается, что z т zik.

Расчеты могут быть значительно упрощены с учетом того, что пространст венная ДН антенны F (, ) с достаточной для практики точностью может быть представлена произведением функций, описывающих ее сечения в главных плоскостях [2]:

F (, ) F () F (), (3) где F (), F () – диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вер тикальной плоскостях соответственно;

, – углы относительно оси антенны соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Интервалы углов затенения зеркала рупорным облучателем в каждой из плоскостей могут быть получены с помощью проекций затеняющего объекта на соответствующую плоскость. Так, например, проекция рупорного облучателя на плоскость xOz позволяет определить интервалы углов затенения зеркала в горизонтальной плоскости.

При расчете главного сечения ДН антенны в горизонтальной плоскости F () необходимо задать угловое положение точки наблюдения в вертикальной плоскости = т = 00 и для определения углов затенения излучения зеркала в горизонтальной плоскости воспользоваться формулой (1), придав текущим ко ординатам ребер xт и z т значения координат рассматриваемых узловых точек.

Минимальный и максимальный углы наблюдения текущих точек ребер за теняющего объекта определяются их узловыми точками. Таким образом, сово купность угловых положений этих точек определяет множество S возможных углов затенения излучения зеркала в горизонтальной плоскости.

С учетом такого представления интервалы углов затенения зеркала рупор ным облучателем в каждой из плоскостей могут быть получены с помощью проекций затеняющего объекта на соответствующую плоскость. Так, например, проекция рупорного облучателя на плоскость xOz (рис. 2) позволяет опреде лить интервалы углов затенения зеркала в горизонтальной плоскости.

На рис. 2 приняты следующие обозначения: i – индексы строк излучающих элементов;

k – индексы столбцов излучающих элементов;

( k 1 ) min, ( k 1 ) max, ( k ) min, ( k ) max, ( k 1 ) min, ( k 1 ) max – минимальный и максимальный углы на блюдения узлов ребер затеняющего объекта в горизонтальной плоскости из центров излучающих элементов k 1, k и k 1 строки i ;

числа 1…12 – номера узлов ребер затеняющего объекта.

При расчете главного сечения ДН антенны в горизонтальной плоскости F () необходимо задать угловое положение точки наблюдения в вертикальной плоскости = т = 00 и для определения углов затенения излучения зеркала в горизонтальной плоскости воспользоваться формулой (1), придав текущим ко ординатам ребер xт и z т значения координат рассматриваемых узловых точек.

Из рис. 2 видно, что минимальный и максимальный углы наблюдения те кущих точек ребер затеняющего объекта определяются их узловыми точками 1, 2, 5, 6, 9 и 10. Таким образом, совокупность угловых положений этих точек оп ределяет множество S возможных углов затенения излучения зеркала в гори зонтальной плоскости.

Так как множество S конечно [2], то его точная верхняя граница sup S равна наибольшему числу, принадлежащему S : max S, а точная нижняя гра ница inf S равна min S. С учетом этого интервал углов затенения min max является ограниченным замкнутым интервалом [ min, max ].

Использование стандартных функций min и max пакета MatLAB для оп ределения минимальных и максимальных элементов матрицы – строки угловых положений множества S позволяет определить границы интервала min min S и max max S.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.