Учебное пособие 800400

Для коррекции уровня сигнала применяют ключи составленные из транзисторов. Однако чтобы добиться высокой точности падение напряжения на ключевых транзисторах должно быть минимальным, что приводит к необходимости увеличения их размеров. При большом разбросе параметров транзисторов может заметно измениться падение напряжения на них, что снизит точность настройки. По этой причине в основном применяют токовые драйверы.

Токовые драйверы обеспечивают высокую степень подстройки благодаря тому, что параметры токовых зеркал слабо зависят от параметров процесса. непосредственно подстройка происходит благодаря изменению тока Jсм.. Предыскажения формируются вычитанием тока одного драйвера из тока другого. Величина предыскажений может быть так же установлена благодаря подстройке тока смещения.

Таким образом, можно сделать вывод, что при проектировании высокоскоростных интерфейсов целесообразно применение токовой логики наряду со стандартной. При проектировании интерфейсов с частотой приближающейся к 10 ГГц наиболее вероятен вариант когда использование стандартной логики будет невозможно, тогда же наиболее остро встанет вопрос энергосбережения, решить который может отключение всех неиспользуемых блоков, что однако невозможно в блоках приёмника и передатчика. В таком случае необходимо более грамотное составление спецификации интерфейса, но это уже выходит за рамки работы инженера.

Литература

1.PCI Express 2.0 Base Specification Revision 0.9 // PCISIG. 2006 г.

2.Design of a New Serializer and Deserializer Architecture for On-Chip SerDes Transceivers / Nivedita Jaiswal, Radheshyam Gamad // Circuits and Systems, 2015. № 6

3.An 8b/10b Encoding Serializer/Deserializer (SerDes) Circuit for High Speed Communication Applications Using a DC

61

Balanced, Partitioned-Block, 8b/10b Transmission Code / Mohammad Maadi // International Journal of Electronics and Electrical Engineering, April, 2015. №3

4.CMOS Circuit Design Layout and simulation / R. Jacob Baker // WILEY – 2010 г. – 1214 с.

5.Design of MOS Current-Mode Logic Standard Cells / Anna Pe˜ na Mart´ ınez // Microelectronics Systems Laboratory, 2007 г.

6.Design of high-speed serial links in CMOS / Chih-Kong Ken Yang // Computer Systems Laboratory Departments of Electrical Engineering and Computer Science Stanford University, 1998 г.

Воронежский государственный технический университет

62

УДК 621.3.095.3

Л.Н. Никитин, А.Ф Шубин

УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Компактный, экономической, надежный и недорогой прибор, предназначенный для предупреждения приближения к линиям электропередачи, позволяющий определить расстояние до неё. Существует возможность блокировки исполнительным механизмом

Устройство регистрации электрического поля (УРЭП) является дополнительным средством защиты стрелы автомобильного грузоподъемного крана от попадания под напряжение при производстве монтажно-строительных работ вблизи действующих единичных линий электропередач.

Технические характеристики изделия УРЭП:

1.Расстояние от стрелы до ЛЭП:

220В - 1кВ – 3м;6кВ – 10кВ – 5м;15кВ – 35кВ – 8м;

110кВ – 220кВ – 12м;330кВ – 750кВ – 20м.

2.Напряжение питания 12-24В – 1 + 4В

3.Ток, потребляемый сигнализатором в режиме «Исправ-

но» 0,1А

4.Масса, не более 0,5 кг

5.Габаритные размеры: 150х100х40 мм

6.Условия эксплуатации:

-температура: -40°С до +55°С;

-относительная влажность: 95% при температуре +40°С;

-вибрационные нагрузки: 50 Гц с ускорением 5g;

-ударные нагрузки: 10000 ударов с ускорением 10g. Сигнализатор может выпускаться в двух модификациях:

а) звуковая и световая индикация, без блокировки механиз-

мов поворота и подъема стрелы (для кранов, не оснащенных электрическим приводом блокировки механизмов поворота и подъема стрелы);

63

б) звуковая и световая индикация с блокировкой механизма поворота и подъема стрелы.

Принцип действия сигнализатора основан на регистрации электромагнитного поля линии электропередач антенным датчиком емкостного типа. Конструктивно сигнализатор состоит из двух блоков: блока антенн, устанавливаемых на стреле крана, соединенных между собой и блоком управления коаксиальным кабелем типа РК- 5,и блока управления, устанавливаемого в кабине крановой установки.

Структурная схема сигнализатора приведена на рисунке

Структурная схема сигнализатора

1.Генератор 100 Гц.

2.Электронный ключ (смеситель)

3.Генератор 1 Гц.

4.Линия связи

5.Антенны

6.Усилитель

7.Детектор

8.Логический блок

Сигналы частотой 100 Гц с генератора 1 поступают на вход электронного ключа 2, на управляющий вход которого поступают сигналы с генератора 3, частотой 1 Гц. Таким образом, на выходе электронного ключа 2 формируется сигнал, который представляет собой чередование паузы и посылки 100 Гц (тестовый сигнал).

Эти сигналы через линию связи 4 и антенну 5 поступают на вход усилителя 6, где усиливаются, затем выпрямляются детектором 7 и поступают на логический блок 8.

64

При исправности устройства и отсутствии воздействия электромагнитного поля ЛЭП на входе логического блока 8 присутствуют только детектированный тестовый сигнал, совпадающий по фазе с сигналом генератора 3. Тестовый сигнал фиксируется логическим блоком и индицируется миганием с частотой 1 Гц зеленого индикатора «Исправен».

При превышении допустимого уровня сигнала, наведенного электромагнитного поля ЛЭП, с выхода детектора 7 на логический блок 8 подается постоянно высокий уровень напряжения, что приводит к попеременному миганию красного индикатора «Опасно» и зеленого «Исправен».

В случае, если неисправна антенна (обрыв или короткое замыкание), усилитель 6 или смеситель 2 с выхода детектора 7 на логический блок 8 подается низкий уровень напряжения, при этом логический блок 8 фиксирует, что устройство неисправно, зеленый индикатор «Исправен» не горит, а красный индикатор «Опасно» горит постоянно.

Конструктивно блок может быть выполнен в металлическом корпусе. На лицевой панели должны находиться индикаторы «Опасно» красного цвета, «Исправен» зеленого цвета, четырех индикаторов выбираемого диапазона. На боковой поверхности корпуса находятся разъемы для подключения антенн и коммутации, резистор подстройки чувствительности и кнопка выбора диапазонов.

Антенный блок можно взять стандартный (например, от прибора УАС-1). Антенны монтируются с левой и правой стороны наиболее высокой точки фермы стрелы крана.

Настройку сигнализатора необходимо производить на специально оборудованной площадке с участком трехфазной четырехпроходной ЛЭП 220/380В. Площадка должна находиться вне зоны влияния высоковольтных воздушных ЛЭП и подземных кабельных линий. Стрелу необходимо приблизить на расстояние 3м от ЛЭП, и потенциометром «Чувствительность» добиться срабатывания сигнализации «Опасно».

Литература 1. Основы теории электричества: учебное пособие для ву-

зов, Тамм И.Е., ФИЗМАТЛИТ, 2014 год, 616 стр.

65

2.Антенны. Практическое руководство, Г. Миллер, изд. Наука и Техника, 2012 год, 304 стр.

3.В. П. Дьяконов: Генерация и генераторы сигналов, Москва 2009 г, 369 с

Воронежский государственный технический университет

66

УДК 621.396.677

Д.С. Погребной, А.С. Самодуров

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В АНТЕННАХ

СВЧ ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

Уже многие годы различные оптические элементы используются в области оптики и электромагнетизма. Например, линза может быть использована для концентрации, либо для рассеивания проходящего пучка электромагнитной энергии в зависимости от решаемой задачи. Такие оптические элементы чаще всего применяются на высоких частотах. На более низких частотах они обычно бывают очень большими и тяжёлыми. Зонирование может помочь уменьшить эту проблему (разбиение на зоны уменьшает размер линзы). Предлагается применить простейший дифракционный оптический элемент (амплитудную линзу Френеля) в качестве собирающей линзы совместно с ТЕМрупорной антенной. Приводятся сравнительные характеристики двух вариантов конструкции

К современным антеннам и антенным системам предъявляется множество различных часто взаимно противоречащих требований [1, 2]. Среди них можно выделить два наиболее важных: это направленность действия (распределение электромагнитной мощности по определенному закону в пространстве или реакция на приходящее излучение с определенного направления) и высокий КПД (т.е. фактически минимизация потерь на нагрев элементов антенны, как металлических, так и диэлектрических) [3, 4]. Без учета необходимости значительного превышения самой антенной длинны волны этим требованиям в достаточной степени соответствуют рупорные антенны. Пример такой конструкции в виде ТЕМрупора и ее характеристики приведены на рис.1 и в [5, 6].

67

Рис.1. Внешний вид рупора

Для повышения направленности используют рупор- но-линзовые антенны [7, 8]. Но предложенная конструкция отличается громоздкой и тяжелой диэлектрической линзой, что не улучшает ни массогабаритные показатели, ни электрические, такие как, например КПД [9]. Для уменьшения массы и одновременно улучшения электрических характеристик антенны предлагается попытаться применить принципы геометрической оптики и дифракционный оптический элемент в виде амплитудной линзы Френеля [10]. Зонная пластинка Френеля, как и обыкновенная линза, обладает свойством фокусировки параллельного луча в точку, называемую фокусом. Такая линза может представлять собой действительно тонкую плоскую деталь относительно малого веса и стоимости изготовления. В данном случае, вне оптического диапазона длин волн, это может быть, например пластиковая деталь малой толщины с металлическим напылением в виде непрозрачных колец закрывающих не нужные нам зоны Френеля, дающие отрицательный вклад в общую итоговую картину интерференции. По принципу электродинамического подобия, из которого вытекает и подобие оптическое можно применить такую линзу не только для фокусировки в точку, но и для преобразования фазового фронта сферического точечного источника электромагнитных волн, расположенного в точке запит-

68

ки рупора. Правда, теоретически без дополнительных ухищрений такая простейшая зонная пластинка будет работать лишь на одной частоте.

Диаметр зон можно посчитать по следующей формуле:

D 2 f n ,

где c ,

D - диаметр линзы,

f - фокусное расстояние,

n- номер зоны,

- длина волны,

c - скорость света в вакууме,- частота.

о данной формуле из-за ограниченности апертуры рупора получается лишь линза с двумя зонами (рис 2).

Рис.2. Внешний вид рупора и линзы из двух зон

По следующей формуле можно получить большее количество зон:

69

В этом случае в заданную апертуру вписывается линза с четырьмя зонами (рис 3). Какая из формул правдоподобнее и точнее можно попытаться определить по результатам моделирования, приведенным на рисунках 4-7. Сплошной кривой показаны результаты для исходного рупора без линзы, штриховой для рупора с линзой из двух зон по первой формуле, пунктиром для линзы из четырех зон.

Рис.3. Внешний вид рупора и линзы из четырех зон

По результатам моделирования можно сказать следующее: по коэффициенту усиления ни одна из линз практически не дала значительного прироста, за исключением частоты порядка 28 ГГц для линзы из двух зон, более того – применение четырех зонной линзы приводит к значительному падению усиления на низких частотах. Однако для данной линзы наблюдается и сильный положительный эффект, если посмотреть график КСВН – две предыдущие реализации (для двух зон и чистого рупора без линзы) имеют КСВН не менее 2 во всем диапазоне частот, а зонная пластинка посчитанная по последней формуле дает значительно лучшее согласование совместно с рупором – КСВН не превышает 2 для всех частот выше 4 ГГц.

70