Пример дипломной работы (1). Федеральное агентство связифедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования
 Скачать 1.91 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича» (СПбГУТ) ФакультетРадиотехнологий связи_________ Кафедра Радиосистем и обработки сигналов Допустить к защите Заведующий кафедрой _______ (подпись) (Ф.И.О.) “____”___________ _______г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Высокочастотные широкополосные трансформаторные устройства, суммирующие мощности в общей нагрузке Вид выпускной квалификационной работы _____________________бакалаврская работа____________________________ (бакалаврская работа, дипломная работа, дипломный проект, магистерская диссертация) Направление/специальность подготовки _____________________11.03.01 - «Радиотехника» ______________________ (код и наименование направления/специальности) Направленность (профиль) ____________________«Радиотехнические системы»_____________________ (наименование) Квалификация _____________________бакалавр___________________________ (наименование квалификации в соответствии с ФГОС ВО / ГОС ВПО) Студент: ________ (Ф.И.О., № группы) (подпись) Научный руководитель: (учёная степень, учёное звание, Ф.И.О.) (подпись) Санкт-Петербург 2016 Работа написана мною самостоятельно и не содержит неправомерных заимствований PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 2 __________________ ______________________ (дата) (подпись) Текст ВКР размещен в электронно-библиотечной системе университета Руководитель отдела комплектования библиотеки ____________________________ (Ф.И.О.) __________________ ___________________________ (дата) (подпись) Коэффициент оригинальности ВКР____83____ % . Проверил: _____________________________________________________________ (Должность,Ф.И.О.) __________________ ___________________________ (дата) (подпись) ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 3 высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича» (СПбГУТ) Факультет Радиотехнологий связи КафедраРадиосистем и обработки сигналов Направление (специальность)11.03.01 – «Радиотехника» (код и наименование) Утверждаю: Зав. Кафедрой Томашевич С.В. ____________ (Ф.И.О., подпись) «______»_______________2016 г. ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы (ВКР) 1. СтудентМуравьев Никита Юрьевич______________ № группы РТ-21 (фамилия, имя, отчество) 2. РуководительТомашевич Сергей Викторович_________________________ заведующий кафедрой РОС, д.т.н.____________________________________ (фамилия, имя, отчество, должность, уч. степень и звание) 3.Квалификация__________________бакалавр___________________________ (наименование в соответствии с ФГОС ВО/ ГОС ВПО) 4. Вид работы___________________бакалаврская работа__________________ (бакалаврская работа, дипломный проект, дипломная работа, магистерская диссертация) 5. Тема ВКР Высокочастотные широкополосные трансформаторные устройства, суммирующие мощности в общей нагрузке утверждена приказом ректора университета от «_______» № ______________ 6. Исходные данные (технические требования): Исследование Высокочастотных широкоформатных трансформаторных устройств, суммирующих мощности в общей нагрузке. 7. Содержание работы (анализ состояния проблемы, проведение исследований, разработка, расчеты параметров, экономическое обоснование и др.) 1. Обобщенная структурная схема одноступенчатых сумматоров мощности N однотипных генераторов. 2. Одноступенчатые сумматоры мощности с «косвенным» возбуждением. 3.Одноступенчатые сумматоры мощности с «прямым» возбуждением. 4. Многоступенчатые системы попарного суммирования мощности однотипных трансформаторов. 5. Сумматоры неравных мощностей. Направленные ответвители. 8. Вид отчетных материалов, представляемых в ГЭК (пояснительная записка, перечень, графического материала, отчет о НИР, технический проект, PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 4 образцы и др. 1. Пояснительная записка. 2. Презентация к защите ВКР Дата выдачи задания «_17___» _____февраля________________2016 г. Дата представления ВКР к защите «24» июня __________2016 г. РуководительВКР____________________________________________ (подпись) Студент ________________________________________________ (подпись) КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН № п/п Наименование этапов выпускной квалификационной работы Срок выполнения Примечание PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 5 этапов ВКР 1 Изучение обобщенной структурной схемы одноступенчатых сумматоров мощности N однотипных генераторов. 20.02.16 – 06.03.16 2 Изучение одноступенчатых сумматоров мощности с «косвенным» и «прямым» возбуждением. 10.03.16 – 25.04.16 3 Изучение многоступенчатых систем попарного суммирования мощности однотипных трансформаторов. 26.04.16 – 10.06.16 Студент _____________________________________________ (подпись) Руководитель ВКР ____________________________________________ (подпись) PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 6 Содержание Введение. …………………………………………………………………… 1. Обобщённая структурная схема одноступенчатых сумматоров мощности N однотипных генераторов. ……………………………… …. 7 10 2. Одноступенчатые сумматоры мощности с «косвенным» возбуждением. …………………………………………………………….. 17 3. Одноступенчатые сумматоры мощности с «прямым» (традиционным) возбуждением. ………………………………………… . 47 4. Многоступенчатые системы попарного суммирования мощности однотипных генераторов. ……………………………………………….. 62 5. Сумматоры неравных мощностей. Направленные ответвители. ….. 70 6. Заключение……………………………………………………………… 86 7. Список литературы. ……………………………………………………... 88 PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 7 Введение Устройства распределения мощности электрических колебаний в современной радиоаппаратуре призваны решать широкий круг задач. К важнейшим из них относятся: суммировать с высоким КПД мощности отдельных усилителей, обеспечивая при этом их независимую работу; перераспределять суммарную мощность усилителей между нагрузками за счёт изменения фаз выходных колебаний (фазовая коммутация); обеспечивать независимую работу генераторов при формировании диаграммообразующих систем для ФАР при связанных излучателях; ослаблять побочные излучения, возникающие в усилителях мощности; стабилизировать режим работы усилителя мощности при рассогласовании его нагрузки; измерять и контролировать величину рассогласования нагрузки усилителя мощности. Необходимость в сложении мощности электронных приборов и генераторных блоков возникла ещё при построении первых мощных радиостанций. Фундаментальные исследования в этой области были проведены впервые в СССР А.Л.Минцем и З.И.Моделем. В исследованиях общих свойств развязанного (мостового), то есть обеспечивающего независимую работу отдельных генераторов, суммирования мощности первые значительные результаты были получены З.И.Моделем и В.М.Катушкиной. Ими предложены узкополосные устройства на LC- элементах и на длинных линиях. Устройства с более расширенной полосой частот были затем разработаны Л.Г.Дорфманом, В.В.Заенцевым, Э.С.Глазманом, В.Д.Кузнецовым и В.К.Парамоновым, В.Бушбеком, А.Плдделем, Н.Нагаи и др. Наиболее широкополосными и весьма перспективными, но наименее исследованными являются трансформаторные устройства суммирования PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 8 мощности, всё чаще приходящие на смену сравнительно узкополосным устройствам других классов. Идеализированная трансформаторная многополюсная схема общего вида была представлена В.Белевичем. Устройства, выполненные традиционным путём по этой схеме с помощью обычных обмоток на магнитопроводах, обладают, с одной стороны, функциональной избыточностью для многих задач, а с другой стороны – крайне неудовлетворительными частотными характеристиками. В ходе дальнейших исследований О.В.Алексеевым был предложен метод построения схем согласованно-развязанных сумматоров мощности с использованием идеальных восьмиполюсных трансформаторов (более удобных для выполнения) и реактивных четырёхполюсников, но в силу того, что отсутствовали гибридные устройства с хорошими характеристиками, он не дал значительных практических результатов. В целом все устройства, выполняемые непосредственно на основе идеализированных схем, имели малопригодные частотные характеристики. Поэтому применительно к типовым задачам отыскивались более простые схемные решения. Сначала Ю.Ф.Гинцем для сложения равных мощностей двух генераторов. Затем принцип построения этого устройства был развит А.А.Львовичем на случай произвольного числа генераторов равной мощности (рис.1.2а). Однако устройства, выполненные по этому принципу, недостаточно широкополосны. Лучшие результаты, как и для ШТ, были получены при выполнении в устройствах обмоток проводниками двухпроводных линий передачи. В этом плане воплощением схемы рис.1.2а явилось устройство рис.1.2б, предложенное О.В.Алексеевым и В.В.Полевым. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 9 Рис.1.2а Рис.1.2б Однако, как и в ШТ 1: n (табл.1.2), напряжения на проводниках линий различаются и существенно превышают минимальные значения. Поэтому развязка между входами оказывается низкой. Такие устройства пригодны при суммарной мощности до нескольких кВт в ВЧ диапазоне и числе входов до четырёх-пяти, что намного уступает современным требованиям. В последние годы широкое применение нашло устройство, имеющее идентичные частотные характеристики на всех входах и равные нулю напряжения на проводниках всех линий в рабочем режиме. Однако с ростом передаваемой мощности увеличиваются электрические длины линий, возрастает рассогласование в рабочем режиме и снижается развязка между входами. Это позволяет получать суммарную мощность не более нескольких кВт в диапазоне ВЧ и ОВЧ. При этом число входов ограничено практически четырьмя-пятью. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 10 1. Обобщённая структурная схема одноступенчатых сумматоров мощности N однотипных генераторов. Итак, если отметить целесообразность построения устройств суммирования мощности N однотипных генераторов в виде структуры, обладающей поворотной симметрией относительно своих N входов, поскольку в этом случае реализуется идентичность характеристик со стороны каждого входа. Так, в ряде сумматоров, описанных далее, обеспечивается равенство нулю собственного значения (S (1) =0), соответствующего только рабочему воздействию; в других - равенство нулю ( S (ע) = 0;ע= 2,3,..,N ) собственных значений, соответствующих всем нерабочим собственным векторам, достигается ценой определённого рассогласования в рабочем режиме. Эти факты говорят о том, что реализация в сумматорах их предельных свойств (нулевое рассогласование и полная развязка входов) в широкой полосе частот требует, наряду с улучшением полосовых свойств элементной базы сумматоров, совершенствования их структурной схемы. В этой связи представляется важным выделить три вопроса: а) выбор способа соединения выходных зажимов парциальных четырёхполюсников, на которые в рабочем режиме "разделяется" схема сумматора; б) выбор способа подключения генераторов ко входным зажимам тех же четырёхполюсников; в) определение условий согласования генераторов с парциальными четырёхполюсниками сумматора в рабочем и нерабочих режимах возбуждения ( ע=I и ע=2,3,.. N) В зависимости от способа соединения выходных зажимов парциальных четырёхполюсников в рабочем режиме, сумматоры подразделяются на три типа: параллельного, последовательного и смешанного (сочетание последовательного и параллельного соединения). При этом для параллельного типа, в случае отсутствия трансформации в парциальных четырёхполюсниках для рабочего режима, продольные напряжения на PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 11 проводниках линий трансформаторов, входящих в состав четырёхполюсников, могут быть равны нулю. Это означает, что при использовании для трансформаторов магнитопроводов индукция и потери мощности в них в рабочем режиме отсутствуют. Это обстоятельство обуславливает перспективность устройств параллельного типа при суммировании высокого уровня мощности. Обращаясь к рассмотрению второго и третьего вопросов, решение которых связано с улучшением структурной схемы сумматора, представим последнюю в виде, изображённом на рис.1.1. Рис.1.1 Передача мощности в общую нагрузку определяется реактивными четырёхполюсниками "А", которые приняты идентичными и симметричными относительно как входных, так и выходных зажимов. Цепь развязки условно обозначена многополюсником "Б". Схема рис.1.1 учитывает также возможные связи четырёхполюсников "А" между собой ("АА") и с цепью развязки ("АБ"), природа которых может быть различной в конкретных типах устройств. При рабочем воздействии [Д] (1) идентичные между собой связи "АА" и "АБ" уравновешены ,и их можно полагать отсутствующими. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 12 При всех нерабочих воздействиях ( [Д] (υ) ,ע ≠ I ) нагрузку можно считать короткозамкнутой, а связи "АА" и "АБ" - существующими. Из схемы рис.4.1 видно, что если в устройстве связи "АБ" отсутствуют, то есть зажимы развязывающего многополюсника "Б" (развязывающие резисторы) непосредственно соединены с зажимами генераторов, а последние подключены традиционным способом на входах i - i ′ , то во всех нерабочих режимах они шунтированы входными сопротивлениями идентичных реактивных цепей. На частотах нулей функции входного сопротивления этих цепей имеем │S (υ) │= I для ע = 2,3,..,N , что и ограничивает частотный диапазон сумматора. Такое положение имеет место, в частности, для широко распространённой схемы на СВЧ "моста Вилкинсона". Следовательно, для устранения этого ограничения необходимо в нерабочих режимах трансформировать четырёхполюсники "А" таким образом, чтобы они представляли собой цепи постоянного входного сопротивления, посредством которых осуществляется связь генераторов с развязывающим многополюсником "Б". Такая трансформация четырёхполюсников "А" возможна лишь при наличии связей "АБ", проявляющих себя в нерабочих режимах. Вместе с тем , так как четырёхполюсники "А" входят в цепи связи генераторов с нагрузкой и с развязывающим многополюсником "Б", то согласование генераторов с соответствующими цепями во всех режимах возбуждения (ע = 2,3,..,N) может оказаться затруднительным или вообще невозможным. Отсюда вытекает необходимость нахождения такого способа построения связей "АБ", при котором условия согласования в рабочем и во всех остальных режимах определялись бы различными схемными элементами четырёхполюсников "А". В значительной степени решение этой задачи облегчается при изменении способа подключения генераторов ко входным зажимам PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 13 четырёхполюсников "А". Анализ способов возбуждения сумматора приводит к выводу о наличии, кроме вектора возбуждения, состоящего из напряжений на зажимах I-I’, 2-2', .. , i - i’ , .. ,N - N',ряда адекватных ему векторов, для их нахождения рассмотрим режим деления, полагая, что генератор подключён на выходных зажимах вместо нагрузки, а на входных зажимах подключены номинальные нагрузки. Тогда на зажимах I-I’, 2-2’,..,N - N’ возникнут те же напряжения, что и в рабочем режиме суммирования. Величины напряжений на зажимах 1,2,.. . .,N, в силу симметрии четырёхполюсников "А" относительно осей 0-0, равны по величине и противоположны по знаку напряжениям на зажимах 1′,2′.., N'. Отсюда ясно, что помимо N -мерного вектора напряжений на парах зажимов I-I',2-2'..,N-N′ имеются адекватные ему N-мерные векторы напряжений на парах зажимов 1′-2, 2′-3, ... ,N′- I, или 1′-3, 2′-4, ... ,(N-I)′- I, и так далее. Общее число таких векторов будет при нечётном N-(N+Ι)/2 , и при чётно N-(N/2+I). Традиционный способ возбуждения сумматора (генераторы включаются на зажимы I-I',2-2'..,N-N′) назовём прямым , а все остальные способы организации рабочего воздействия будем называть косвенными. Из схемы рис.4.1 видно, что при косвенном включении генераторов условия их согласования в рабочем режиме (S (1) - 0) остаются теми же, что и при прямом возбуждении. Во всех остальных режимах возбуждения, соответствующих векторам [Д] (υ) (ע=2,3,..,N), даже при отсутствии связей "АБ" , к зажимам генераторов оказывается подключённой сложная цепь, образованная входными сопротивлениями реактивных четырёхполюсников "А" и активным многополюсником "Б". В силу этого, шунтирования входных зажимов генераторов чисто реактивными двухполюсниками (входными сопротивлениями четырёхполюсников "А") не происходит, что и создаёт условия для расширения диапазона рабочих частот. Следовательно, при косвенном возбуждении по-разному (с разным PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 14 "весом") будет проявляться шунтирующее действие цепей "А" при нерабочих воздействиях, соответствующих всем, начиная со второго(ע=2), столбцам. Косвенные включения генераторов позволяют минимизировать шунтирующее действие цепей "А" для нерабочих воздействий. Это означает, что при косвенном включении собственные значения матрицы рассеяния устройства (S (ע) ), соответствующие собственным векторам [Д] (2) ,[Д] (3) ,...,[Д] (N) ,в минимальной степени зависят от схемных параметров, определяющих собственное значение для первого собственного вектора. Установление принципа косвенного включения генераторов открывает новые возможности построения устройств и позволяет сформулировать следующую теорему. |