Разработка и исследование модели отражателя-модулятора (WinWord zip-1Mb) (стр. 7 из 9)
- Параметры вибратора. В этой группе вводятся активные и реактивные составляющие сопротивления вибратора на трёх кратных частотах (всего должно быть введено шесть), а также значение частоты зондирования (частота, на которой вибратор является полуволновым).
- Параметры сигналов (зондирующего и модулирующего), напряжение смещения. Вводится либо выражение для сигнала (модулирующего и зондирующего), либо параметры гармонического колебания (амплитуда, частота фаза), кроме того, вводится число отсчётов на периоде высокочастотного сигнала, и число периодов модулирующего напряжения для расчёта (общее число точек расчёта равно произведению последнего параметра на отношение частот высокочастотного и модулирующего колебаний);
- Параметры модулирующей части. В этой группе вводятся параметры диода, варикапа, а также согласующих элементов. Кроме того, в этой же группе выбирается метод расчёта.
Для диода вводятся тепловой ток, коэффициент, обратно пропорциональный контактной разности потенциалов, и сопротивление базы (используется для варикапа в первой его реализации).
Для варикапа задаётся контактная разность потенциалов, ёмкость при напряжении смещения на варикапе, заданной в предыдущей группе, и коэффициент степени.
Здесь же задаются параметры согласующих элементов, которые по умолчанию, удовлетворяют условию согласования вибратора на первой гармонике;
В этих группах задаются все необходимые для работы программы параметры.
Окно с закладками для всех этих параметров открывается сразу же после запуска программы.
5.2.Схема эксперимента
После нажатия клавиши «ОК» на окне параметров отражателя-модулятора, выводится окна с номиналами элементов для эквивалентной цепи. Далее, выводятся два графика в одном окне, которые показывают зависимости активной и реактивной составляющей сопротивления от частоты.
По этим графикам можно судить, насколько точно подобраны параметры модели, если параметры не устраивают, то нужно нажать на кнопку «Fn» и заново вести нужный параметр.
После того, как убеждаемся в правильности модели вибратора, переходим к расчёту коэффициентов модуляции. Для этого необходимо нажать на кнопку с восклицательным знаком. По окончании расчёта на экране выводится окно с параметрами полученной модуляции на всех трёх гармониках. Помимо этого, выводятся ещё два окна. На первом выводятся первые пять периодов высокочастотного колебания и полученная кривая для тока в вибраторе. На втором выводится модулирующее напряжение и соответствующие значения тока с тем же периодом. По этим графикам мы можем судить об общей картине тока в вибраторе.
Для сравнения полученных результатов с другими, рассчитанными для других элементов или параметров, нужно открыть новый документ и повторить все выше перечисленные действия.
5.3.Блок-схема программы
Разработанная в ходе дипломной работы программа по своей блок – схеме практически не отличается от подобных программ моделирования. Поэтому в пояснительной записке отводится мало место под эту тему. Ниже приведём краткий список основных шагов блок – схемы программы. Основой работы являлась разработка общей модели симметричного вибратора, а перевод уже этой модели на язык программирования С++ формализован и реализован уже не в первой дипломной работе.
Итак, блок – схема программы имеет следующие основные шаги:
1. Ввод данных для симметричного вибратора, для сигналов и для моделей нелинейных элементов;
2. Расчёт параметров непрерывной модели симметричного вибратора;
3. Вывод графиков активной и реактивной составляющих полного сопротивления вибратора;
4. Синтез одной из реализаций симметричного вибратора по рассчитанным коэффициентам модели;
5. Вывод номиналов синтезированной цепи;
6. Расчёт коэффициентов дискретной модели вибратора и согласующих элементов;
7. Основной цикл программы;
8. Вывод параметров модуляции;
9. Вывод результирующих графиков.
Нужно отметить, что в конце программы можно вернуться к заданию новых параметров модели. Кроме того, можно создать новые документы, в которых будет проведён расчёт для других параметров модели.
5.4.Результаты работы программы
В ПРИЛОЖЕНИИ 4 приведены графики для различных параметров модели отражателя – модулятора. По эти графикам видно, что для рассчитанного в главе 4 случая расход результатов составляет около 20-30%, что, вообще говоря, является хорошим результатом, поскольку вывод выражений в главе 4 ввёлся с допущениями на вольтамперную характеристику диода, которая справедлива в небольшом диапазоне напряжений. Кроме того, при увеличении шагов расчёта на одном периоде высокочастотного сигнала до 100, разница между результатами сокращается до 15%.
Следовательно, результаты, полученные в ходе теоретических и практических изысканий, соответствуют действительности с большой степенью вероятности, поскольку были получены разными путями.
Разработанная программа может служить и в дальнейшем для дополнительного моделирования отражателя – модулятора и подбора оптимальных параметров для его работы.
6. РАСЧЁТ МОЩНОСТИ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ПРИЁМНОЙ АНТЕННЫ
В настоящем разделе приведен вывод выражения для мощности сигнала на выходе приёмной антенны при зондировании отражателя – модулятора передатчиком. Расстояние между антенной передатчика и модулятора полагается равным R1, между модулятором и антенной приёмника – R2. В качестве сигнала рассматривается колебание, создаваемое в точке приёма за счёт переизлучения части энергии, наводимой в полуволновом вибраторе первичным полем. Кроме указанной составляющей в точке приёма существует ещё колебание, создаваемое непосредственным прохождением излучённой волны в точку приёма.
Однако в отличие от первой, эта составляющая не может быть модулирована сигналом, поступающим на отражатель – модулятор. Поскольку помехоустойчивость обработки по отношению к аддитивным помехам определяется суммарной мощностью боковых колебаний РБОК=m2×РС (где m - полный индекс амплитудно-фазовой модуляции, РС – мощность несущего колебания), то, найдя индекс модуляции m и мощность сигнала РС, поступающего от диполя при отсутствии модуляции, параметр РБОК определяется полностью, и мощность сигнала прямого прохождения сигнала не имеет значения.
Как показано выше (4.4), амплитуда ЭДС, наведённой полем зондирующего сигнала, равна:
(4.4)
Амплитуда тока первой гармоники, вызванной действием ЭДС Е0, определяется равенством:
, (6.1)где ZД1 – сопротивление диода по первой гармонике тока вибратора;
RS1 - сопротивление излучения вибратора на первой гармонике.
Мощность сигнала переизлучаемая вибратором на k – ой гармонике определяется выражением:
, (6.2)Подставляя в (6.2) выражение (4.4) для амплитуды ЭДС Е0 , можно получить:
, (6.3)где
PИЗк – мощность, излучённая отражателем модулятором на k - ой гармонике;
PT,GT(q) – мощность передатчика и коэффициент направленного действия его антенны;
W=120p - волновое сопротивление свободного пространства;
- отношение потоков мощности поступающего на экран сигнала и сигнала, прошедшего через экран – коэффициент экранировки.Мощность сигнала на выходе приёмной антенны при условии идеального её согласования с приёмником на k – ой гармоники равна:
, (6.4)где GПР(q) – коэффициент направленного действия антенны для k – гармоники;
k – номер гармоники.
Подставляя в (6.4) соотношение (6.3), можно получить окончательное выражение для мощности сигнала на входе приёмника:
, (6.5)Полученное соотношение позволяет оценить мощность сигнала на входе приёмника в зависимости от расстояния меду антенной передатчика и отражателем- модулятором, от расстояния между отражателем – модулятором и антенной приёмника, с учётом диаграмм направленности передающей и приёмной антенны, для различных гармоник зондирующего сигнала. С использованием соотношений раздела 4 можно получить мощность для полезного сигнала на входе приёмника.