г л а в а III

РЕАЛИЗАЦИЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ СВЧ СИГНАЛА НА ОИС

...Не следует чрезмерно расчленять, слищ, ком абстрагировать. Самые рафинированные люди, полагаю я, сделали меньше всего открытий...

г. к. Лихтенберг

Современная РЭ характеризуется широким внедрением в аналоговую и цифровую РЭА новых идей. Это наглядно просматривается в ОИС СВЧ, поскольку в них сочетаются новейшие достижения технологии и принципов построения РЭ систем. ОИС СВЧ уже не требуют рекламы, так как они эффективно продемонстрировали возможность реализации практически всех функциональных нагрузок в сложной РЭА.

ОИС СВЧ благодаря своей миниатюрности уже нашли известное применение в фазированных антенных системах для формирования и управления сигналом. Такие системы получили название «диаграммообразующие матрицы» (ДОМ); они будут рассмотрены ниже.

Особая роль в ОИС СВЧ отводится преобразованию спектра сигнала при изменении формы представления информации из одного вида в другой («информационное» преобразование) либо переносу энергии из одной части спектра в другую («энергетическое» преобразование). При информационном преобразовании спектра основным требованием является максимальное сохранение первоначальной информации и, как правило, обеспечение при этом наименьшей энергоемкости, т. е. получение минимальной ширины преобразованного спектра при наименьших искажениях исходной информации. При энергетическом преобразовании основным требованием является обеспечение максимального переноса энергии в заданные участки спектра, т. е. интересуются прежде всего получением высокого КПД.

Преобразование сигнала осуществляется модулятором. Под действием модулирующего сигнала (содержащего исходную информацию) происходит изменение физических свойств среды, в которой распространяются электромагнитные колебания несущей частоты, осуществляя взаимодействие и перераспределение энергий модулирующего сигнала и сигнала несущей частоты. В ОИС СВЧ наибольшее рас-

Чшостранение получили модуляторы с пассивной волноведу-!!!ей средой (объемные ЛП различного типа), в которую включены сосредоточенные активные элементы (транзисторы или диоды).

В последние десятилетия- наметилось новое направление в применении модуляции для энергетического преобразова-дия спектра (источника СВЧ энергии). В объемном балансном модуляторе происходит генерация, как правило, четной гармоники несущей частоты, на которой осуществляется преобразование спектра модулирующего сигнала, что позволяет осуществлять перенос энергии сигнала на верхние боковые частоты. Это применение важно в том отношении, что позволяет создавать источники СВЧ колебаний. Специалисты считают, что стоимость источника СВЧ колебаний средней мощности намного превышает стоимость источника колебаний той же мощности, но вдвое меньшей частоты при практически одинаковых габаритных размерах.

Известно, что радиорелейные устройства, предназначенные для аналоговой обработки сигнала, с технической точки зрения плохо приспособлены для обработки высокоскоростных цифровых сигналов. Это ограничение снимается при реализации достаточно широких полос пропускания [14], что возможно достичь в системах, построенных по принципу ОИС СВЧ. Развитие цифрового кодирования основано на принципе модуляции, которая позволяет осуществлять дискретизацию сигнала по частоте, амплитуде или фазе. Модуляция путем манипуляции фазы, согласно теореме Найквиста - Котельникова, является наиболее удобной для передачи двоичной информации (2- либо 4-пози-ционная фазовая манипуляция). Декодирование (расшифровка) цифрового сигнала осуществляется демодулятором (например, синхронным детектором). С его помощью определяется фазовый сдвиг несущих двух следующих друг за-другом двоичных символов. Применение элементной базы ОИС оправдано и в РЭ системах, построенных для обработки несинусоидальных сигналов (например, сигнал с амплитудным распределением в виде функций Уолша), а также в цифровых системах, работающих без несущей.

Ниже рассмотрены некоторые многофункциональные базовые элементы на ОИС и приведены результаты их экспериментальной отработки. Теоретический анализ этих устройств весьма сложен и на первоначальном этапе может быть выполнен, например, на уровне эквивалентных схем. Как это неоднократно подчеркивалось ранее. Задача же структурного синтеза еще ждет своего решения, а пока

создание сложных многофункциональных устройств на ОИС является прерогативой очень высококвалифицированных разработчиков, своего рода искусством - синтезом электродинамики, конструирования и технологии.

Основанием для изучения свойств и возможностей аналоговых и цифровых систем на ОИС СВЧ является убеждение, что,, Чем сильнее объект исследования отличается от привычного, тем выше шансы получить нетривиальные результаты, такие, как уменьшение габаритов на порядок и более, увеличение полосы частот и быстродействия.

§ 3.1. Объемные многоканальные устройства

Многоканальные системы находят все большее применение в Связи с развитием радиолокации и радиосвязи и в системах сверхбыстрой обработки цифровых сигналов в реальном масштабе времени. Аппаратура в этом случае насыщена большим числом элементов управления сигналом (излучатели, линии задержки, активные элементы, фазовращатели и мн. др.). Для их коммутации необходимы многоканальные устройства, обладающие минимальными габаритами и решающие проблемы пересечения ЛП с высокой степенью развязки. Условие минимальности габаритов объясняете тем, что в настоящее время в традиционной аппаратуре вес и габариты коммутирующих линий превышают и иногда весьма существенно вес и габариты блоков управления и источников питания.

Одним из эффективных путей создания многоканальных устройств с приемлемыми массогабаритными параметрами и удовлетворительной развязкой между СВЧ каналами является их реализация на ОИС. В этом случае осуществляются передача энергии и обработка информации по трем координатам, создавая тем самым наиболее высокую плотность заполнения объема функциональной средой. В этом разделе мы рассмотрим два вида коммутации функциональных узлов; разветвление ЛП типа «дерево» (один вход и большое число выходов) и система ДОМ (большое число входов и выходов). Эти устройства могут применяться как для коммутации аналоговых, так и цифровых сигналов (например, несинусоидальных сигналов прямоугольной формы).

Многоканальный делитель мощности. Наиболее простым многоканальным делителем является разветвленная структура типа «дерево», схема которой приведена на рис. 3.1 а. Архитектура делителя основана на подборе межслойных связей мойду коммутирующими ЛП. В структурной схеме