А. Е. Иванов, С. А. Капустин, Т. С. Рыжакова, Г. И. Шишков

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, Россия)

Постановка проблемы. В связи с переходом к методам цифровой обработки сигналов на СВЧ и КВЧ весьма актуальной становится задача квантования энергии, в том числе ее ослабление в заданное число раз с наибольшей точностью при расширении динамического диапазона ее изменения. Перестраиваемыми устройствами с достаточно высокими точностными характеристиками по ослаблению в этом отношении являются поляризационные аттенюаторы (ПА). В классической модели ПА предполагается полное поглощение тангенциальной составляющей электрического поля в резистивной пленке. В реальном устройстве вследствие неполного поглощения возникает явление «пролезания» сигнала. Это существенно сказывается на погрешности по ослаблению, а также ограничивает динамический диапазон его изменения. Поэтому задача исследования явления «пролезания» сигнала с целью его уменьшения, увеличения динамического диапазона изменения ослабления и уменьшения погрешности является актуальной.

Цель. Предложить математическую модель и алгоритм расчета ПА, позволяющих рассчитать и наглядно отобразить степень «пролезания» сигнала в зависимости от геометрических и электрических параметров устройства, а также дать рекомендации по уменьшению влияния «пролезания» сигнала на характеристики устройства.

Результаты. На основе базовой модели А.К. Томашевского построена электродинамическая модель, учитывающая новые элементы структуры ПА, оказывающие существенное влияние на характеристики устройства, в частности, «изломы» статоров, «перекосы» пластинок с резистивными пленками на входе/выходе устройства. Методом теории возмущений получена формула постоянной затухания в ПА с учетом частотной зависимости. В отличие от известных методик расчета, основанных на расчете отдельных элементов ПА, разработан алгоритм перепроекций сквозного расчета от входа до выхода всего устройства. Численные результаты продемонстрированы на реально действующей модели ПА в диапазоне 53,57–78,33 ГГц.

Практическая значимость. Численно определена величина «пролезания» сигнала в зависимости от поверхностного сопротивления пленки. Предложена «диагональная» структура графика, наглядно поясняющая физический процесс перехода линейной области ослабления в область «насыщения». Даны рекомендации по выбору поверхностного сопротивления пленки. Показано, как с использованием известных в литературе результатов и данных в настоящей статье расчетов учесть влияние на «пролезание» неоднородностей пластинки по всему тракту аттенюатора. Даны численные оценки влияния диаметра волновода ПА на величину «пролезания» по «растянутой» шкале ослаблений. Показана возможность линеаризации характеристик за счет «перекоса» пластинок с резистивными пленками на входе/выходе ПА. Физическая трактовка результатов расчета имеет общий характер и может быть перенесена на любой диапазон работы ПА.

Иванов А.Е., Капустин С.А., Рыжакова Т.С., Шишков Г.И. Явление «пролезания» сигнала в структуре каналов поляризационного аттенюатора // Антенны. 2021. № 2. С. 56–64. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202102-08

1. Mariner P.F. An absolute microwave attenuator // Proceedings of the IEE – Part B: Electronic and Communication Engineering. 1962. V. 109. № 47. P. 415–419.
2. Томашевский А.К. К вопросу использования поляризационных аттенюаторов в качестве эталона ослабления // Вопросы радиоэлектроники. Сер. РИТ. 1966. Вып. 1. С. 35–42.
3. Otochy T.Y., Stelzried C.T. A precision compact rotary-vane attenuator // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1971. V. 19. № 11. P. 843–854.
4. Калашников В.С., Негурей А.В. Расчет и конструирование аттенюаторов СВЧ. М.: Связь. 1980.
5. Иванов А.Е., Львов А.Е., Шишков Г.И. Поляризационные аттенюаторы // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2011. № 4 (91). С. 11–19.
6. Иванов А.Е., Львов А.Е., Шишков Г.И. Оценка влияния параметров поглощающих пластин и разброса диаметров центральных волноводов на ослабление поляризационных аттенюаторов // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2015. № 2 (109). С. 18–28.
7. Иванов А.Е., Лебедева О.Е., Шишков Г.И. Об учете частотной зависимости ослабления при расчете характеристик поляризационных аттенюаторов // Труды докладов ХVII Междунар. науч.-технич. конф. «Информационные системы и технологии». ИСТ-2011. Нижний Новгород. НГТУ. 2011.
8. Брянский Л.Н. Поляризационные аттенюаторы, параметры и погрешности // Труды ВНИИФТРИ. 1973. Вып. 7. С. 104–122.
9. Programmable rotary vane attenuators series 620 and series 621 / Flann Microwave [Электронный ресурс] / URL: https://flann.com/ products/attenuators/programmable-rotary-vane-attenuators-series-620-and-series-621/ (дата обращения: 20.02.2020).
10. Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь. 1973.
11. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука. 1973.
12. Бушминский И.П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. М.: Высшая школа. 1974.
13. Tames A.V. A high-accuracy microwave-attenuation standard for use in primary calibration laboratories // IRE Transactions. 1962. V. I-11. № 4. P. 285–290.