Исследование и оптимизация в частотной области преобразующих трактов приемо-передающих устройств на основе рядов Фарея

• Автор: Быкадоров, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Состояние проблемы. Постановка задач исследования
Введение
1.1. Анализ преобразователей частоты в частотной области
1.1.1. Аналитические и графоаналитические методы расчета
1.1.2. Функционально-алгоритмические модели преобразователей
1.1.3. Автоматизированный расчет и параметрическая оптимизация
1.2. Исследования частотно-преобразующих трактов
1.2.1. Учет влияния гармоник и побочных каналов при 2-х и 3-х кратном преобразовании
1.2.2. Анализ и оптимизация структур с многократным преобразованием частот
1.3. Аспекты теории и методов расчета преобразователей частоты на основе
рядов Фарея
Выводы
Глава 2. Разработка функционально-алгоритмических моделей и методов параметрической оптимизации преобразователей частот на основе рядов
Фарея
Введение
2.1. Функционально-алгоритмическая модель преобразователя с перестраиваемым преселектором
2.1.1. Анализ частотных взаимосвязей
2.1.2. Расчет оптимальных соотношений смешиваемых частот
2.2. Модель преобразователя с нелерестраиваемым преселектором
2.2.1. Анализ областей фильтруемых частот
2.2.2. Оптимизация параметров методом прямых «псевдопреобразований»
2.3. Оптимизация систем последовательного преобразования
2.3.1. Алгоритмическое представление коэффициента преобразования частот
2.3.2. Методика оптимизации параметров преобразователей
2.4. Оптимизация взаимосвязанных систем преобразования ретрансляционного типа
2.4.1. Оптимизация частотного распределения гетеродинных частот.
Постановка задачи
2.4.2. Методика решения. Алгоритм «маятниковых» вариаций
Выводы
Глава 3. Анализ частотно-преобразующих трактов в условиях помех побочных
каналов
Введение
3.1. Анализ преобразователей с учетом гармоник гетеродинов и дополнительных каналов приема

3.1.1. Взаимосвязь номограмм помеховых частот и подпоследовательностей рядов Фарея
3.1.2. Анализ частотного распределения на основе теории диофантовых приближений
3.2. Анализ синтезирующих трактов с учетом делителей частот преобразователей
3.2.1.Структура тракта. Вывод основных расчетных соотношений
3.2.2. Алгоритм оптимизации частотообразования
3.3. Анализ структур «смеситель - делитель» с учетом «комбинационных» помех делителя частоты
3.3.1. Спектрограммы делителей частоты
3.3.2. Методика параметрической оптимизации
Выводы
Глава 4. Разработка и расчет оптимальных структур частотно-преобразующих
трактов приемо-передающих и синтезирующих устройств
Введение
4.1. Расчет оптимальных параметров частот радиорелейных СВЧ-ретрансляторов
4.1.1. Поиск оптимально широкополосносных структур
4.1.2. Расчет оптимальных рабочих частот двухканального ретранслятора
4.2. Разработка оптимизированных частотно-преобразующих трактов
4.2.1. Приемо-передающие СВЧ модули и устройства
4.2.2. Устройство для формирования рабочих частот
приемопередатчика РЛС
4.3. Разработка быстродействующих и сверхширокополосных синтезаторов частот
4.3.1. Быстродействующие СВЧ - синтезаторы на ПАВ-структурах
4.3.2. Сверхширокополосный синтезатор миллиметрового диапазона
4.4. Исследование особенностей гибридно-интегральной и монолитной
технологий изготовления преобразующих СВЧ трактов
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение 1. Программа расчета и оптимизации двухканальных частотно-
преобразующих трактов радиорелейных систем связи
Приложение 2. Программа автоматизированного проектирования и
оптимизации преобразователей систем синтеза частот
Приложение 3. Акты внедрения результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Перспективы развития современных радиотехнических устройств с широким кругом практического применения неразрывно связаны с дальнейшим освоением сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн и, как следствие, с решением разнообразных проблем электромагнитной совместимости и помехоустойчивости. В особенности это касается разработок устройств приемо-передающей аппаратуры систем связи, радиолокационных и радионавигационных систем спецназначения. Улучшение важнейших технических характеристик таких, например, как спектральные характеристики частотно-преобразующих трактов приемников, синтезаторов частот, возбудителей передатчиков и других устройств существенно повышает качество и эффективность работы систем в целом и является актуальной темой исследования.
Дело в том, что частотно-преобразующие и синтезирующие тракты являются источниками разнообразных комбинационных помех, влияние которых возрастает с увеличением чувствительности приема и смещением вверх диапазона рабочих частот. Задача существенно усложняется для устройств с неоднократным, в частности, двойным и тройным преобразованием частот, характерным для высокочувствительных приемников сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн. В этом случае возрастает влияние перекрестного нелинейного взаимодействия гармоник сигналов и гетеродинов, дополнительных каналов приема и «продуктов» других нелинейных преобразований типа деления и умножения частот. Некоторые комбинации частот попадают в рабочую полосу частотно-преобразующих трактов, ухудшают параметры основных технических характеристик и снижают устойчивость работы устройств в целом. Поэтому теоретический анализ и синтез частотно-преобразующих устройств с целью выяснения условий, при которых уровень нелинейных и, в особенности, комбинационных частотных

ловия заданных рабочих диапазонов частот. В общем случае эта задача сводится к задаче многокритериальной оптимизации с поиском экстремумов целевых функций при наличие произвольного числа ограничений.
Трудности при математическом моделировании задачи состоят в том, что аналитическая связь между параметрами системы преобразования частот отсутствует при формировании целевых функций, а ограничения представлены набором уравнений с целочисленными коэффициентами, отображающими существование побочных помеховых составляющих и набором технических и технологических ограничений. Общее число уравнений определяется сложностью системы преобразования частот и количеством учитываемых фактором.
Однако в ряде случаев многокритериальная задача оптимизации может быть сведена к однокритериальной путем использования методов и положений теории чисел [60 - 62], в частности, теории рядов Фарея [60]. Суть такого упрощения сводится к переводу критериев поиска оптимальных соотношений частот в разряд базисов перебора. Оптимизация в этом случае проводится только по критерию реализации заданных параметров входных и выходных частот при максимально возможных (при заданных технических ограничениях) полос пропускания выходных фильтров системы преобразования частот. При этом общим базисом перебора параметров гетеродинных частот предлагается использовать ряды Фарея. Дело в том, что ряды Фарея индекса п обладают свойством минимальности, т.к. состоят из несократимых рациональных дробей, знаменатель которых не превышает заданного индекса п. Использование рядов Фарея позволяет изначально оперировать такими простыми структурами, кратность реализации соотношений входных частот которых не превышает заданный индекс п.
Синтез структур с заданными характеристиками спектральной чистоты выходных сигналов в этом случае осуществляется путем вычеркивания в исходном ряде Фарея индекса п членов, образующих комбинационные составляющие недопустимого порядкар согласно алгоритмам, изложенным в [34].