Экспериментальное исследование и теоретический анализ дифференциально-коммутационных радиополяриметров сантиметрового и миллиметрового диапазонов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

из

СП СП

С? гс: ил

г „ «=£ Саратовский Государственный Университет

!— им. Н.Г.Чернышевского

На правах рукописи

МЯСНИКОВ Александр Валериевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-КОММУТАЦИОННЫХ

РАДИОПОЛЯРИМЕТРОВ САНТИМЕТРОВОГО И МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов - 1996

Работа выполнена на кафедре радиофизики Саратовского государственного университета им. Н.Г.Чернышевского.

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук, профессор A.B. Хохлов Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.Б. Байбурин кандидат физико-математических наук, с.н.с. В.А. Неганов Ведущая организация: Саратовский филиал института радиотехники и электроники АН России

Защита состоится 26 декабря 1996 г. в 15.30 на заседании специализированного совета Д063.74.01 при Саратовском государственном университете (410071, г.Саратов, ул. Астраханская, 83)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного университета.

Автореферат разослан "22" ноября 1996 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

кандидат физико-математических наук,

доцент Аникин В.М.

Актуальность работьг.

Исследование поляризационном структуры электромагнитных иола является одним нз перспективных направлений п теории распознавания образов, технике связи, современной радиолокации и радиоастрономии.

Интерес к изучению методов поляризационной обработки сигналов постоянно растет, о чем свидетельствует увеличение числа научных докладов и статей в отечественной н зарубежной печати. Во многих странах мира сформировались крупные исследовательски»! центры,-занимающиеся изучением поляризованной обработки енгна-. лов, в число которых входят Лаборатория дистанционных исследований Массачусстского университета (.Microwave Remote Sensing Laboratory, Dept. of Electrical and Computer Engineering, University of Massachuscttes at Amherst), лаборатория Цюрихского государственного университета под руководством профессора Яна Олофа Стен-фло (Jan Olof Stcnílo),a также Датский цент]) дистанционных исследований (Danish Center for Remote Sensing).. Постоянно разрабатываются новые и совершенствуются улсе существующие методы и устройства для поляризационного анализа структуры излучения, причем особую важность приобретают вопроси, связанные с точностью поляризационных измерений и оценкой достоверности полученных результатов.

D оптическом диапазоне поляризационные измерения ведутся у;ке давно. Раднополярнметрня является сравнительно молодой областью радиоэлектроники п измерительной техники. Многие идеи и принципы радиополяризационных измерении были заимствованы о оптике, а технические решения принимались с учетом особенностей конкретных диапазонов волн. Использование методов радпопбля-риметрни п СВЧ- диапазоне уже позволило получить в пассивной радиолокации н-радиоастрономии впечатляющие результаты, связанные с исследованием собственного излучения природных объектов: земной и океанической поверхности, атмосферных образований н космических источников и т.п.

Собственное излучение природных объектов слабо поляризовано (степень поляризации не превышает 1%) и поэтому к раднополя-рпмстрнческим методам предъявляются самые.высокие требования.

В сопрсмонной радиополяриметрин известны четыре метода поляризационного анализа: эллипсометрнческий, амплитудно- фазовый, корреляционный и модуляционный. Для исследования поляризационной структура частично поляризованных волн СВЧ используют корреляционные л модуляционные радиополярцметры, а анализ полностью поляризованных волн, кроме того, выполняется радиоэллн-псометрическнм и амплитудно- фазовым методами. Однако все эти методы оказываются недостаточно эффективными при анализе слабо поляризованного излучения а диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн. Поэтому с целью создания принципиально новых измерителей поляризации в 80-х годах в Саратовском государственном университете профсссо]>ом A.D. Хохловым был предложен н тс-ретически обоснован новый дифференциально- коммутационный метод поляризационного анализа. Сотрудниками уннверитета и НИИ механики и физики СГУ был прозеден комплекс работ по расширению диапазона радиополярнзацнонных исследований и повышения их точности. Созданы оригинальные прецизионные поляриметры сантнмет1>ового и миллиметрового диапазонов длин волн, отличающихся компактностью, простотой исполнения, надежностью в эксплуатации и более высокой точностью поляризационных измерении по сравнению с известными аналогами. Дифференциально-коммутационные раднополяриметры были установлены на радиотелескопах НИИМФ СГУ, участвовали в выполнении многочисленных международных программ по исследованию солнечной активности и убедительно подтвердили пс|>спектнвность дальнейшего использования метода.

В дифференциально- коммутационном методе параметры Стокса измеряются в разностной форме, и потому метод оказывается особенно эффективным для анализа слабо поляризованных сигналов.

Днфферецналыю-коммутационные раднополяриметры представляют собой сложные СВЧ-уст1юйства, состоящие in большого числа разнообразных СВЧ-элементов (турникетных соединений волново-доз, волноводних тройников в Е- плоскости, СВЧ-выключателей и т.д.). Реальная точность поляризационного анализа дифференциально* коммутационных! методом существенно зависит от структуры радио11оляримет|н>в и характера физических щюцессов, щюикаю-

ших в них. До сих пор она определялась с помощью простых моделей, содержащих, п основном, идеализированные СВЧ-элемепты, а взаимное.влияние СВЧ- элементов и узлов, как правило, игнорировалось. По-.тому представлялось важным г.сследодать особенности трансформации полей в дифференциально- коммутационных радиополяриметрах с учетом параметров реальных СВЧ-элсментои.

Для решения этих задач можно использовать различные радиофизические методы. Так, например, можно использовать матричное описание СВЧ- элементов и узлов раднополяриметра и стршпь полную матрицу дифференциально- коммутационного радиополяриметра. Но при этом взаимные влияния параметров СВЧ- элементов н узлов радиополярнметра оказываются скрыты и недоступны для анализа. Более удобным и наглядным, на наш взгляд, представляется метод сигнальных графов, позволяющий получить наглядную картину всех процессов, протекающих в радиополяриметре.

Следует отметить, что построение математических моделей поляриметров является довольно сложной задачей. В отечественной и зарубежной печати встречаются единичные работы, посвященные моделированию процессоз в оптических поляриметрах, а вопрос сб оптимизации их параметров вообще не ставился. Поэтому построение математической модели дифференциально- коммутационного радиополярнметра является актуальной задачей.

Цель работы заключается и экспериментальном исследовании и расчете СВЧ- элементов и узлов дифференциально- коммутационных раднополярн.метро!), анализе взаимных влияний СВЧ- элементов и узлов радиополяриметров друг на друга, моделировании физических процессов и оптимизации выходных характеристик дифференциально коммутационных радиополяриметров сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн с учетом взаимных влияний СВЧ- элементов и узлов. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Проводится расчет методом конечных элементов и экспериментальное исследование волноводных тройников в Е- плоскости, прецизионные измерения параметров СВЧ- выключателей на р-Ьп-диодах сантиметрового и миллнметровго диапазонов воли н феррц-товых вентилей.

2. Разрабатывается обобщенная математическая модель дифференциально- коммутационного раднополярпметра, учитывающая параметры реальных СВЧ-элементоп и узлов и исследуется иэанмное влияние СВЧ- элементов п узлов раднополярпметра.

3. Разрабатываются алгоритмы н программы расчета н оптимизации выходных характеристик радноиоляриметроа.

Для решения этих задач используется аппарат сигнальных графов н матриц рассеяния, численные методы расчета СВЧ- узлов и методы оптимизации.

Научная новизна результатор работы состоит в следующем.

Впервые построена обобщенная математическая модель диффе-ренциольно-коммутаниошюго раднополярпметра, учитывающая параметры реальных СВЧ- элементов и узлов и позволяющая более глубоко рассматривать физические процессы в радиополярпметрах. Исследовано взаимное влияние параметров .СВЧ- элементов и узлов в дифференциально- коммутационных радиополярпметрах и предложена методика его минимизации. Впервые разработан алгоритм н создана программа оптимизации выходных характеристик диффе-ренцналыю-коммутацнонных-раднополяриметров сантиметрового н млллнметровго диапазонов волн. Достоверность научных выводов работы подтверждается соответствием результатов численного моделирования с результаталш, полученным» при физическом эксперименте на реальных моделях.

На защиту рыносится следующие положения и результаты;

1. Взаимные влияния характеристик СВЧ- элементов и узлов тур-ннкетного разделителя н коммутатора поляризаций в дифференциально-коммутационных радцополярнметрах, обусловленные многократными отражениями и циркуляцией сигналов, могут быть сведены к минимуму при определенных электрических длинах плеч тур-ннкетного соединения волноводов и полноводного тройника коммутатора поляризаций.

2. Сигнальный граф дифференциально-коммутацнонпого радио-псЛяриметра, учитывающий характеристики реальных СВЧ-элементоп н узлов и их взаимные влияния.

3. Алгоритм, программа и результаты оптимизации выходных

характеристик дифференциально-коммутационных раднополяримет-pou сантиметрового а миллиметрового диапазонов волн с учетом взаимных влияний СВЧ- элементов и узлов.

Научпо-нрактичсскос значение резз'льтатоп работы состоит в том, что полученные результаты были использованы при расчете дифференциально-коммутационных радиополярнметров сантиметрового н миллиметрового диапазонов НИИ механики и физики СГУ, в разработке и экспериментальном исследовании новых, ухшт радио-нолярнметроо.

Аппробации работы и публикации.

Основные результаты диссертации докладывались на XXVII Международной Научно-технической конференции "Теория и техника антенн" (Москва, Россия, 1994), XLIX Научной сессии, посвященной дню радио (Москва, Россия, 1994), 10-ой зимней школе-семинаре (Саратов, 1996). Материалы диссертации обсуждались на научных ссшшарах лаборатории N G НИИ механики и физики СГУ. Результаты работы использовались при выполнении Госбюджетной НИР "Исследование взаимодействия потоков носителей зарядов с электромагнитными волнами и создание элементной базы для систем распознавания'' (N гр 01.910033932, шифр работы "Чердынь", НИИ механики и физики Сарат. ун-та, г. Саратов). По теме диссертации в центральной печати опубликовано 4 статьи и тезисы доклада. В этих работах A.B. Мясннкову принадлежат все численные н экспериментальные результаты, алгоритмы, программы и результаты оптимизации характеристики радиополярнметров.

Структура и объем работы, работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация содержит 132 страницы текста, 22 рисунйа и графика и список литературы из 105 наименований.

Содержание работы

Во впедешш сформулирована цель и задачи диссертации. Анализируется место поставленных задач среди известных результатов других исследователей. Обосновывается достоверность, научная новизна н практическая значимость полученных результатов. Приводятся положения, выносимые на зашиту.

В первой глапе рассматривается дифференциально-коммутационный метод поляризационного анализа и строится идеализированная математическая модель дифференциально-коммутационного радиополяриметра. ' Дифференциально-коммутационный метод поляризационного анализа основан на измерении трех параметров Стокса, отвечающих за пространственную структуру полностью поляризованной части волны, в разностной форме:

Q = Elx- Ely, U = El - Elib- V = EqH - EQL, (1)

где EqX, EqY,EI, ElK> Eq[{, E'qL - мощности составляющих поля, линейно поляризованных вдоль осей ОХ и OY выбранной декартовой системы координат, под углами 45® и —45° к оси OA", правосТоронне (Л) и левосторонне (L) поляризованных по кругу (характеристическое сопротивление среды принято равным единице). Для их получения необходимо разлогать исследуемую волну в трех ортогональных базисах, два из которых прямоугольные линейные (е,у,ёУ), (е45, e_4s) и один круговой (¿я, et).

Однако, разложение в трех базисах является избыточным и достаточно измерять мощности только четырех составляющих волиы, например, Equ, EqL, EqX и что соответствует разложению волны в двух базИсах, один из которых ортогональный круговой (ед, ее), а другой аффинный линейный (ех,¿45). Тогда:

f = Eon + Eoi > Q — 2Eo,\ — Eon ~ Eol\

. (2)

U = 2E\ - Eqr - EqL\ V - Eon - eol-

Основными узлами раднололяриметра являются турникетнын разделитель и коммутатор поляризаций - волноподнын шестиполюсник с СВЧ- выключателями на входах. Разработанный алгоритм переключения СБЧ- выключателей позволяет поочередно получать на выходе радиополярнметра четыре составляющих мощности и формировать из них параметры Стокса по формулам (3).

При условиях, что все СВЧ-элементы и узлы радиополярнметра лишении потерь и обладают оптимальиыми коэффициентами преобразования, построена математическая модель, названная идеалн-

знрованной и представляющая предельный случай для реальных ра-днополярнметров при улучшении характеристик их составных элементов. Предложено использовать идеализированную модель в качестве тестовой при расчете и оптимизации характеристик радиополяриметров. •

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию и численному расчету СВЧ-элементов н узлов раднополярнметроп.

Идеализированная модель дифференциально-коммутационного радиополяриметра малопригодна для оценки параметров реальных раднополярнметроп. Чтобы оценить их возможности и определить границы применимости в радиосвязи, антенной и измерительной технике, необходимо использовать реальные характеристики всех СВЧ-элементов н узлов, входящих в состав радиополяриметра. В справочной и периодической литературе не всегда удается найти интересующие разработчиков сведения даже для простых СВЧ-элементов, а параметры Таких узлов, как СВЧ-выключатели, полноводные тройники и турннкетные соединения волноводов, существенно зависят от конструкции последних и могут Сыть получены либо из экспериментальных исследований, либо из численных расчетов конкретных образцов.

Определение характеристик турннкетного соединения волноводов не входило в задачи настоящей работы, а коэффициенты матриц рассеяния волноводных тройников рассчитывались различными численными методами п измерялись экспериментально. Экспериментальному исследованию подвергались СВЧ- выключатели и волнонодные тройники коммутаторов поляризаций раднополяриметров сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

Исследование реальных раднополяриметров показало, что наиболее сильное влияние на качество разложения и коммутации поляризаций оказывают СВЧ-вьпслючателн, осуществляющие переключение режимов измерения мощностей поляризованных составляющих волны.

В общем случае СВЧ-выключатель характеризуется четырьмя комплексными параметрами. Вносимые от СВЧ-выключателей ослабления зависят от режима их работы и должны быть учтены при расчете и проектировании радиополяриметров. В дифференциально-

коммутацнониых радиополярнмстрах СВЧ-пыключателн' входят в состав резонансных отрезков волноводов. Поэтому аргументы комплексных коэффициентов заметно влияют на электрические длины этих отрезков и их учет обязателен при расчете и изготовлении соответствующих узлов радиополяриметров: турникетных разделителей и коммутаторов поляризаций.

Необходимые комплексные параметры были получены в результате прецизионных измерений выключателей на специальных измерительных стендах. Измерение коэффициентов пропускания выполнялось методом замещения, обладающим высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном. Измерение коэффициентов отраженна осуществлялось методом смещения минимума А.Вайсфлоха и методом удвоенного минимума. Для определения аргументов комплексных коэффициентов пропускания и отражения СВЧ-выключателей Сил использован разностный метод.

Данными методами измерялись модули и аргументы комплексных параметров серии реальных СВЧ-выключателей сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Все измерения проводились в двухпроцентной полосе работы радиополяриметров, и измерение значения параметров очень слабо зависили от частоты.

Коэффициенты пропускания в закрытом состоянии у СВЧ-выключателей 3-см и 8-мм диапазона оказались более -20 дБ, а 4-мм диапазона более -10 дБ. Коэффициенты пропускания в открытом состоянии СВЧ-пыключателен 3-см диапазона составили примерно -0.1 дБ, 8-мм диапазона -0.5 дБ, а 4-мм диапазона превысили -3.8 дБ. Показано, что в 3-см и 8-мм диапазонах аргументы комплексных коэффициентов пропускания и отражения во всех режимах- работы СВЧ-выключателей вносят незначительные изменения в длины резонансных отрезков, а в 4-мм диапазоне изменения длин резонанасных отрезков существенны и их учет обязателен.

Сопоставление результататов экспериментальных измерении параметров СВЧ-выключателей в трех диапазонах длин волн позволяет заключить, что качество СВЧ-выключателей быстро ухудшается с увеличением частоты. Это накладывает ограничения на точность измерений поляризации дифференциально-коммутационным методом и ставит иод сомнение целесообразность пострения радио-

поляриметров мнлпметрового, п частности, четырехмнллнметрового диапазона при достигнутом качестве рм-п-днодоц.

Характеристики тройников предлагается определять экспериментально или с помощью численных расчетов.

В работе проведен обзор аналитических и чнсленных методов расчета полноводных тройников.

Показано, что для расчета волноводных тройников целесообразно использовать метод конечных элементов как один из наиболее точ-Ш.тХ '!"слсшш>: методов расчета, позволяющий рагчтгп.тпятт. гоедтт-пснпя произвольной геометрии.

В качестве тестовых приведены расчеты методом эквивалентных схем. Выяснилось, что точность расчета методом эквивалентных схем много ниже, чем предполагалось, и полученные результаты носили иллюстративный характер.

Расчет методом конечных элементов проводился с помощью пакета программ, разработанного в НИИ механики н физики Саратовского университета старшим научным сотрудником Д.Г. Рожнепым,

Результаты расчета £-образных тройников сантиметрового и мил-лнметового диапазонов сопоставлял:,!.!, с экспериментальными данными и результатами расчета наиболее точным вариационным методом. Сопоставление показало, что КСВН и коэффициенты передачи различных плеч тройников монотонно изменяются с частотой и достаточно близки друг к другу. Расхождение результатов расчета па-риапионным методом и методом конечных элементов не превышало 1-г 2%. Значения аргументов коэффициентов передачи и отражения, определяющие настройку коммутатора поляризаций, соответствовали требованиям, предъявляемым к прецизионным раднополя-рнметрам.

В третьей главе строится й исследуется обобщенная математическая модель дифференцнально-кбммутацнонного раднополяриме-Тра, учитывающая реальные характеристики всех СИЧ-элементов и узлов. Построен полный сигнальный граф реального раднополярн-метра.Расчет сигнального графа даст выражения для мощностей на выходе квадратичного анализатора поля в четырех режимах нзме-

решш в виде:

' Ршш 1 = М}1 + M¡Q + M¡U + M\V\ Р~л = MU + M¡Q + M¡U + M¡v- .

Л™ 1 = Mfl + M¡Q + M¡U + M¡V\ {>

, P.„1 = MU + Л/24<5 + M¡U + M}V,

где Mj - некие функциональные многочлены, зависящие от параметров и режима работы СВЧ-элемснтов и узлов радиополярнметра.

Совокупность уравнений (3) вместе с полным сигнальным графом представляет обобщенную математическую модель дифференциально-коммутационного радиополяриметра. Ее можно привести к более привычному виду, если учесть, что Рых1 ~ EqR\ Р.иж2 ~ E'ol> ~ E¡5-, F„u,4 ~ Е2ох. Тогда:

5„3m = |M|S (4)

где \М\ - матрица Мюллера радиополяриметра; 5цзм,5 - вектор-столбцы измеренных и истинных параметров Стокса соответственно.

Матрица Мюллера асимметрична и в общем случае содержит 16 ' отличных от нуля вещественных коэффициентов. Чем ближе диагональные элементы к единице, а недиагональные к нулю, тем меньше вектор измеренных параметров Стокса отличается от истинного и, следовательно, тем выше качество поляризационных измерений. Однако количественно оценить точность поляризационных измерений из вида матрицы Мюллера не удается.

С помощью полного сигнального графа обобщенной математической модели дифференциально-коммутационного радиополяриметра в работе впервые исследованы взаимные влияния СВЧ-эгаментов и узлов, имеющие место в реальных радиополяриметрах. Расчптаны передачи всех контуров, содержащих характеристики двух или более СВЧ-элементов и узлов одновременно, и выявлено большое (108) число контуров, описывающих междублочные связи СВЧ-элементов и узлов. Показано, что величины большей части взаимных контуров имеют третий или более высокий порядок малости и их вкладом в определитель полного сигнального Графа можно пренебречь. Вклад других взаимных контуров может быть сведен к минимуму, Поскольку они имеют разные знаки и компенсируют Друг друга. ,

Из-за наличия взаимных контуров независимая настройка разделителя и коммутатора поляризаций, использовавшаяся ранее при разработке и изготовлении радиополяриметров, оказывается весьма приближенной. Рекомендовано проводить настройку разделителя и коммутатора поляризаций одновременно с учетом взаимных влияний параметров всех СВЧ-элементов и узлов радиополяриметра.

Предложено для минимизации взаимных влияний СВЧ-элементоп и узлов построить специальную оптимизационную процедуру.

В четвертой гЛппс строятся алгоритмы и программы оптимизации выходных характеристик дифференциально-коммутационных радиополяриметров с учетом взаимных влияний СВЧ-элементоп и узлов.

В работе предлагается проводить одновременную настройку узлов радиополяриметра с помощью изменения электрических длин резонансных отрезков <р 1 и <р? в турннкстном. разделителе поляризации, уз И '-Ра в коммутаторе поляризаций, а сами длины находить в процессе оптимизации выходных характеристик радиополяриметра. Задача оптимизации выходных характеристик дифференциально-коммутационного радиополяриметра численными методами ранее не решалась.

Четырехмерный вектор Стокса 5щм всегда определяется с некоторой погрешностью ¿.5>1пм:

¿5„зм = |М|<55. (5)

Оценки относительной, погрешности измерений компонент вектора Стокса построены с использованием аппарата матричного анализа. Тогда:

»¿5изм1| «¿511 . ..... |Ат„|

.... -рйг()

где ||.|'| - нормы векторов^ |Ат„г| и |Ат;п| - модули максимального и минимального собственных значения матрицы Мюллера.

Таким образом, число обусловленности матрицы Мюллера ф ограничивает сверху отношение относительных погрешностей измеренных и истинных векторов Стокса.

Обосновывается выбор критерия оптимизации выходных характеристик дифференциально-коммутационного радиополяриметра из условия минимальности числа обусловлеиостн матрицы Мюллера ф.

В качестзе целевой функции предлагается использовать зависимость числа обусловленности матрицы Мюллера ф от электрических длин закорачиваемых плеч турникетного разделителя и входных плеч коммутатора поляризаций ф — ^(Уь^г^З)^)-

Целевая функция достаточно сложна и ее предварительный анализ затруднителен. Для решения задачи глобальной оптимизации предложено использовать полный перебор оптимизационных параметров.

В работе разработаны алгоритмы и программы оптимизации выходных характеристик дифференциально- коммутационных радиополяриметров. Методика оптимизации апробировалась экспериментально при проектировании и разработке раднополярнметров сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

Для проведения оптимизации раднополярнметров в каждом диапазоне длин волн использовались экспериментально измеренные параметры СВЧ-выключателей и данные по волноводньш тройникам, полученные из расчетов методом конечных элементов и экспериментов. Во всех случаях турйнкетное соединение считалось внутренне согласованным и описывалось идеализированной матрицей рассеяния.

Наилучшие результаты оптимизации были получены в случае трехсантиметрового радиополярнметра. При этом число обусловленности матрицы Мюллера составило 1.1056. Это означает, что трехсантиметровый радиополяриметр при заданных параметрах СВЧ-элементов и узлов обладает хорошими метрологическими характеристиками.

При оптимизации выходных характеристик восьмимиллиметрового радиополяриметра число обусловленности матрицы Мюллера составило 2.5385, что свидетельствует о заметном снижении точности поляризационного анализа. По-видимому, полученные характеристики восьмимиллиметрового радиополяриметра близки к пределу, при котором дифференциально-коммутацноный раднополяри-Метр еще можно считать прецизионным.

Для четырехмиллиметрого радиополяриметра число обусловленности матрицы Мюллера уже составило 5.288, а относительная погрешность измерения параметров Стокса почти В Пять раз Превы-

сшта относительную погрешность радиометрического канала. Низкое качество СВЧ-выключателен-и, как следствие, большие значения числа обусловленности делают нецелесообразным изготовление ралионоляриме; pon этого диапазона.

В заключении сформулированы основные результаты и выводи диссертационной работы.

Основные результаты диссертации.

1. При условиях, что. все СВЧ-элементы и узлы раднополяри-метра лишены потерь н обладают оптимальными коэффициентами преобразования, построена математическая модель, названная идеализированной ч представляющая предельный случай для реальных раднополярнметров при улучшении характеристик их составных элементов. Предложено использовать идеализированную модель в качестве тестовой при расчете и оптимизации характеристик радиополяриметра;

2. Созданы специальные измерительные стенды, на которых измерены комплексные параметры группы СВЧ-выключателен с p-i-n-дподамн и ферритовых вентилей, необходимые для расчета дифференциально-коммутационных раднополярнметров.

3. Методами эквивалентны* схем и конечных элементов расчи-таны Т- и У-образные тройники сантиметрового и миллиметрового диапазонов в плоскости. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными и с результатами расчета наиболее точным вариационным методом. Показано, что расхождение результатов расчета вариационным методом и МКЭ не превышает 1 ~ 2%.

•1. Построена обобщенная математическая модель днфференин-ально-коммутацнонного раднополярнметра, учитывающая реальные характеристики всех СВЧ-элементов н узлов. Проанализированы специфические особенности работы раднополярнметров с реальными СВЧ-выключателямн и предложено определять электрические длины резонансных отрезков волноводов в раднополяриметрах с учетом аргументов комплексных коэффициентов отражения СВЧ-выключателен. Исследованы взаимные влияния СВЧ-элементов и узлов в каждом блоке радиополяриметра и междублочные связи. Показано, что величины большей части взаимных контуров имеют третий или

болсе DUcoKiiíí порядок малости и их окладом и определитель полного сигнального графа можно пренебречь. Вклад других пзаимиых кон-турои может бить сиеден к минимуму, поскольку они имеют разные знаки и компенсируют друг друга.

5. Построены алгоритмы и программы оптимизации выходных характеристик дифференциально-коммутационных радиополяриметров. Проведена оптимизация радиополяриметров сантиметрового и миллиметрового диапазонов. При заданных параметрах СВЧ-элементов и узлов определены оптимальные электрические длины закорачиваемых плеч турникетного разделителя поляризации и электрические длины входных плеч коммутатора поляризаций. Наилучшие результаты получены для трсхсантнметровых и восьмимпл-лиметровых радиополяриметров. Сделан вывод о нецелесообразности изготовления четырехмнллиметровых радиополяриметров с СВЧ-элементамн низкого качества.

Список работ по теме диссертации

1. Хохлов A.B., Мясников A.B. К теории днфференциалыго-коммута-цношгого радиополяриметра СВЧ // Радиотехника и электроника, 1995, Т.40, N 4, C.G75-G84.

2. Хохлов A.B., Мясников A.B. Турнпкстный преобразователь поляризаций миллиметрового диапазона для прецнзнонпых систем пассивной радиолокации// XXVII Международная Научно- техническая конференция "Теория и.техника антенн", АО "Радиофизика", Москва, Россия, труды конференции, 1994, С.388-391.

3. Мясников A.B., Хохлов A.B. Исследование точности поляризационного анализа структуры СВЧ- излучение дифференциально-коммутационным методом // Лекции по электронике СВЧ и радиофизике: Труды 10-й зимней шкалы-семинара. - Саратов, Изд. Гос-УНЦ "Колледж", 1996, книга 2, С.176-180.

4. Хохлов A.B., Мясников A.B. Минимизация относительной погрешности измерения поляризации миллиметровых волн дифференциально-коммутационным методом// Приборы и техника эксперимента, 199G, N 5, С.80-84.

5. Исследование взаимодействия потоков носителей зарядов с электромагнитными волнами и создание элементной базы для систем

распознавания: отчет о НИР / НИИ механики и физики Сарат. ун-та (ШШМФ (СГУ); Руководитель 1 раздела Л.В.Хохлов, Шифр работы "Чсрдынь1*; N ГР 01.910033982.- Саратов, 199G.-7ÜC.

б. Хохлов A.B., Мясников A.B. Расчет днфференнналыю-коммута-нионного п цообразоя ате л я поляризаций для антенных систем сантиметрового и миллиметрового лнаиазоноп//Х1ЛХ Научная сессия, посвященная дню радио, тезисы докладов, часть 1, М., 1994, С.54-55.