РАЗДЕЛ 2
Основы методологии встроенного контроля параметров микроволновых трактов
В данном разделе исследованы основные подходы к решению проблемы развития
теории и создания новых специализированных средств встроенного контроля
параметров микроволновых трактов радиотехнических систем. Предложены некоторые
критерии оценки технического состояния тракта, обосновано применение системы
контроля с управляемой точностью встроенных приборов, разработана обобщенная
математической модель микроволнового преобразователя коммутационного типа и
доказана эффективность применения такого преобразователя в условиях встроенного
контроля, разработан единый подход к измерению ККО двухполюсников, S-параметров
четырехполюсников и ККО генераторной секции.
Материалы раздела опубликованы в работах [20, 46, 81, 83, 85, 87, 89, 93, 96,
99, 107, 109, 112, 121, 152].
Критерии оценки технического состояния микроволнового тракта
Оценку работоспособности тракта необходимо осуществлять на основе определения
некоторого обобщенного параметра, либо системы обобщенных параметров,
характеризующих тракт в целом. Специфика волновых процессов заключается в том,
что для тракта как для объекта в целом, не может быть найден простой и
единственный параметр, измерение которого позволило бы судить о
работоспособности тракта. Это связано с комплексным характером параметров
микроволновых узлов и сложным влиянием этих параметров на характер
распределения поля в тракте.
Важнейшей обобщенной характеристикой микроволнового тракта как системы,
предназначенной для канализации энергии от генератора к нагрузке, следует
считать коэффициент полезного действия (КПД). КПД тракта h определяют как
отношение мощности, поступающей в нагрузку Рн, к мощности, вырабатываемой
генератором Рг
(2.1)
где
ан, bн ѕ комплексные нормированные амплитуды падающей и отраженной волн на
нагрузке соответственно;
Ег ѕ комплексная нормированная амплитуда волны, возбуждаемой генераторным
блоком.
В соответствии с [168] волна, падающая на нагрузку (см. рис.1.1), может быть
записана в виде
(2.2)
где
Г ѕ комплексный коэффициент отражения нагрузки;
Гг ѕ комплексный коэффициент отражения со стороны генератора;
Smk ѕ комплексные элементы матрицы рассеяния обобщенного четырехполюсника, в
виде которого представлена фидерная часть.
С учетом граничных условий в плоскости подключения нагрузки отраженная волна
может быть представлена в виде
(2.3)
Подставляя (2.2) и (2.3) в (2.1) получаем
(2.4)
Из (2.4) следует, что КПД тракта зависит от комплексных элементов матрицы
рассеяния фидерной части Smk, от комплексного коэффициента отражения генератора
Гг и комплексного коэффициента отражения нагрузки Г. В процессе эксплуатации
деградация этих параметров может привести к существенному уменьшению КПД тракта
и выходу его за пределы поля допуска, что будет свидетельствовать о выходе
тракта из строя.
В качестве комплексного критерия исправной работы примем следующее неравенство
h hm , (2.5)
где
hm ѕ минимально-допустимое значение КПД.
Если неравенство (2.5) не выполняется, то следует считать, что тракт
неисправен, и необходимо приступать к диагностике, т.е. локализации неисправных
узлов. Комплексная оценка (2.5) достаточно сложна, так как требует измерения в
общем случае шести комплексных параметров.
Существенно упростить процедуру контроля позволяет оценка на основе модулей
измеряемых параметров (модульная оценка). Изменение аргументов комплексных
параметров Г, Гг , Smk при постоянстве их модулей приводит к изменению КПД
тракта в некоторых пределах от до (зона неопределенности). Используя (2.4),
определим предельно-возможные значения КПД
(2.6)
(2.7)
где
h1 ѕ минимальное значение КПД;
h2 ѕ максимальное значение КПД.
При этом оценка работоспособности сводится к трем случаям. Первый случай
иллюстрируется диаграммой a на рис. 2.1. Эта ситуация соответствует исправному
тракту и характеризуется неравенством
h1 hm . (2.8)
Из диаграммы видно, что выполнение неравенства (2.8) заведомо обеспечивает
выполнение условия (2.5) при любом значении h, находящемся в интервале h1 Ј h Ј
h2. Второй случай иллюстрируется диаграммой b на рис. 2.1. Эта ситуация
соответствует неисправному тракту и характеризуется неравенством
h2 < hm . (2.9)
Из диаграммы видно, что выполнение неравенства (2.9) автоматически обеспечивает
условие неисправности тракта (h < hm) для любого возможного значения КПД.
Третий случай иллюстрируется диаграммой с на рис. 2.1. Эта ситуация
соответствует неопределенному состоянию и характеризуется неравенством
h1 < hm Ј h2 . (2.10)
При этом невозможно достоверно установить в каком состоянии находится тракт. О
работоспособности тракта в данном случае можно судить с некоторой вероятностью.
Для этого введем понятие среднего значения КПД, определяемого следующим
образом
hср = (h1+h2)/2 . (2.11)
Используя (2.6) и (2.7), получаем
(2.12)
На рис. 2.2 представлены две ситуации (диаграммы а и b). Диаграмма а
соответствует ситуации, при которой можно принять решение о неисправном
состоянии тракта , а диаграмма b ѕ об исправном . Причем в обоих случаях будет
существовать вероятность ошибочного решения. Определим вероятность ошибки в том
и другом случаях. Из рис. 2.2 следует
(2.13)
где
p(h) ѕ плотность вероятности случайной величины h в интервале значений (h1,
h2).
При hср = hm и симметричном относительно h = hср законе распределения, получаем
Fош = 0,5. При значениях hср № hm вероятность Fош< 0,5.
Рассмотрим случай равновероятного закона распределения величины h в диапазоне
значений :
(2.14)
Подставляя (2.14) в (2.13), получаем следующие формулы для расчета:
- Київ+380960830922