Alexander Morozov
Geotechnical
This is a continuation of the This is for Russian-speaking engineers who know Micro-CAP 12 in a good environment.
В предыдущей части на простейших примерах показано влияние распределенной связи в решетке радиодеталей на согласование источников сигнала с нагрузками. Здесь расскажу о началах изучения управления электромагнитным полем в свободном пространстве с помощью решетки радиодеталей с беспроводной связью.
На рис. 1 показана не самая лучшая, но самая простая для рисования схема ячейки такой решетки, и шестислойная периодическая решетка с четырьмя ячейками на периоде. Для простоты связь между ячейками индуктивная, а упраляющие детали – конденсаторы\варикапы.
Цель: задаем желаемое распределения поля от источников и изучаем способ достижения желаемого распределения поля на нагрузках.
Порядок моделирования.
- Выбираем и синтезируем частотный фильтр с главным требованием: возможно плоская вершина в углах АЧХ (Frequency response).
- Из пары фильтров собираем двумерную ячейку-крест и подправляем впредь неизменные индуктивности.
- Выбираем пределы изменения управлений (емкостей) в долях от среднего значения и проверяем поведение вершины АЧХ,
- Выбираем цель управления:
- наилучшее преобразование линии пространственного спектра на входе в желаемую линию на выходе,
- вместе с предыдущим управление любой другой линией спектра на выходе как подражание управлению нулями диаграммы направленности,
- подача электромагнитного поля на заданную криволинейную поверхность-апертуру (рис. 2),
Особенности управления средой с сильной связью. Конденсаторы, расположенные вдоль оси Х ячейки прежде свего управляют набегом фазы, а иные отвечают за согласование в желаемой полосе частот, прежде всего - выравнивание вершины АЧХ.
Мне было любопытно:.
- Рассеивание Брэгга (однолучевое преломление). Известно такое рассеивание на кристаллической решетке, ультразвуке, фотонных кристаллах, решетке показателя преломления диэлектрической среды. А как оно выглядит на решетке радиодеталей и как настраивается?
- Изучение устойчивости управления и фазой, и амплитудой на выходе решетки и в теле среды. Например, уменьшаем величины сигналов некоторых источников, питающих решетку, или изменяем величины емкостей и наблюдаем за полем на выходе. Так определяем влияние, например, старения радиодеталей.
- Изучение управляемости. Например, питаем решетку только одним источником из четырех на периоде решетки и ищем возможность обеспечить требуемое распределение поля на выходе.
- Самоуправление. Наблюдаем изменение напряжения в некоторых точках управляющей среды при изменении емкостей некоторых конденсаторов и пытаемся найти решение обратной задачи: по показаниям вольтметров в некоторых точках вырабатываем сигналы, подправляющие стареющие радиодетали. Другое: измеряем напряжения в определенных точках управляющей среды и, «угадывая» желания центра управления, подстраиваем емкости конденсаторов так, чтобы снизить нагрузку на центр управления.
Порядок изучения. При решении той или иной задачи управления:
- считаем, что одноцветные ячейки одинаковы и изменяем емкости конденсаторов этих ячеек в равных долях,
- с любопытством тасуем ячейки разных цветов,
- оптимизируем все 5*4 конденсаторов 4-х разноцветных ячеек,
- оптимизируем все 5*4*6 конденсаторов.
При определенных обстоятельствах последний шаг оптимизации лишний. Количество слоев управляющей среды зависит от сложности задачи управления. При простом качании луча достаточно 2, …, 3 слоев, обеспечивающих лучшее согласование решетки со свободным простанством по сравнению с классической ФАР (phased array antenna).
Назначение сопротивлений Ry.
- Ключи: Ry=0 или 1e6.
- Один из способов изучать диэлектрическе пространство между ячейками как неуправляемую волноведущую среду, связывающую удаленные ячейки. Возможно, это будет полезно для фазовой стабилизации генерирующих ячеек и это путь к сверхнаправленности.
Заявленная задача управления нелинейная. Для изучения только однолучевого преломления Брегга достаточно двух ячеек на периоде решетки. В какой мере возможен анализ\синтез такой среды с помощью теории цепей?
О канале беспроводного питания.
Известные способы: соленоид и электромагнитная индукция, связанные резонаторы, емкостная связь, ректенна (rectenna) с участием объемного резонатора, поверхность которого частично прозрачна для управляемого поля. Видимо, на высоких частотах полезна соленоидальная связь, а на низких – ректенны. На выбор способа беспроводного питания также влияет очертания управляющей среды, мощность канала связи, сложность управления (количество слоев управляющей среды).
О канале беспроводного управления.
В ячейке этот канал состоит из антенны, приемника, демодумятора и контроллера. Наибольший поперечный размер схемы не должен превышать половины длины волны управляемого поля. Для ее частот менее 1ГГц схему управления можно собрать из известных микросхем на печатной плате. На более высоких частотах нужно делать новую. Предполагаю, полоса частот полезного канала управления может не превышать 10МГц при скорости переключения до одной миллисекунды и небольших переходных процессах в реактивных элементах.
Видимо, заявленная среда управления полем пригодна для частот до 30ГГц.
Подробнее постановка задачи описана в №6, стр. 50, …, 57, 2022 год:
№1, стр. 50, …, 58, 2023 год:
Полезность выше описанного – только мое мнение. Чтобы это мнение превратилось в новое знание, нужны мнения других, основанные на личном опыте. Предлагаю моделировать. Удобно использовать STEPPING-отвертку. Далее следует изучать решетки усилителей\генераторов, следуя рис. 3.
I hope there will be young radio engineers who will understand the above and turn this task into a goods.
В предыдущей части на простейших примерах показано влияние распределенной связи в решетке радиодеталей на согласование источников сигнала с нагрузками. Здесь расскажу о началах изучения управления электромагнитным полем в свободном пространстве с помощью решетки радиодеталей с беспроводной связью.
На рис. 1 показана не самая лучшая, но самая простая для рисования схема ячейки такой решетки, и шестислойная периодическая решетка с четырьмя ячейками на периоде. Для простоты связь между ячейками индуктивная, а упраляющие детали – конденсаторы\варикапы.
Цель: задаем желаемое распределения поля от источников и изучаем способ достижения желаемого распределения поля на нагрузках.
Порядок моделирования.
- Выбираем и синтезируем частотный фильтр с главным требованием: возможно плоская вершина в углах АЧХ (Frequency response).
- Из пары фильтров собираем двумерную ячейку-крест и подправляем впредь неизменные индуктивности.
- Выбираем пределы изменения управлений (емкостей) в долях от среднего значения и проверяем поведение вершины АЧХ,
- Выбираем цель управления:
- наилучшее преобразование линии пространственного спектра на входе в желаемую линию на выходе,
- вместе с предыдущим управление любой другой линией спектра на выходе как подражание управлению нулями диаграммы направленности,
- подача электромагнитного поля на заданную криволинейную поверхность-апертуру (рис. 2),
Особенности управления средой с сильной связью. Конденсаторы, расположенные вдоль оси Х ячейки прежде свего управляют набегом фазы, а иные отвечают за согласование в желаемой полосе частот, прежде всего - выравнивание вершины АЧХ.
Мне было любопытно:.
- Рассеивание Брэгга (однолучевое преломление). Известно такое рассеивание на кристаллической решетке, ультразвуке, фотонных кристаллах, решетке показателя преломления диэлектрической среды. А как оно выглядит на решетке радиодеталей и как настраивается?
- Изучение устойчивости управления и фазой, и амплитудой на выходе решетки и в теле среды. Например, уменьшаем величины сигналов некоторых источников, питающих решетку, или изменяем величины емкостей и наблюдаем за полем на выходе. Так определяем влияние, например, старения радиодеталей.
- Изучение управляемости. Например, питаем решетку только одним источником из четырех на периоде решетки и ищем возможность обеспечить требуемое распределение поля на выходе.
- Самоуправление. Наблюдаем изменение напряжения в некоторых точках управляющей среды при изменении емкостей некоторых конденсаторов и пытаемся найти решение обратной задачи: по показаниям вольтметров в некоторых точках вырабатываем сигналы, подправляющие стареющие радиодетали. Другое: измеряем напряжения в определенных точках управляющей среды и, «угадывая» желания центра управления, подстраиваем емкости конденсаторов так, чтобы снизить нагрузку на центр управления.
Порядок изучения. При решении той или иной задачи управления:
- считаем, что одноцветные ячейки одинаковы и изменяем емкости конденсаторов этих ячеек в равных долях,
- с любопытством тасуем ячейки разных цветов,
- оптимизируем все 5*4 конденсаторов 4-х разноцветных ячеек,
- оптимизируем все 5*4*6 конденсаторов.
При определенных обстоятельствах последний шаг оптимизации лишний. Количество слоев управляющей среды зависит от сложности задачи управления. При простом качании луча достаточно 2, …, 3 слоев, обеспечивающих лучшее согласование решетки со свободным простанством по сравнению с классической ФАР (phased array antenna).
Назначение сопротивлений Ry.
- Ключи: Ry=0 или 1e6.
- Один из способов изучать диэлектрическе пространство между ячейками как неуправляемую волноведущую среду, связывающую удаленные ячейки. Возможно, это будет полезно для фазовой стабилизации генерирующих ячеек и это путь к сверхнаправленности.
Заявленная задача управления нелинейная. Для изучения только однолучевого преломления Брегга достаточно двух ячеек на периоде решетки. В какой мере возможен анализ\синтез такой среды с помощью теории цепей?
О канале беспроводного питания.
Известные способы: соленоид и электромагнитная индукция, связанные резонаторы, емкостная связь, ректенна (rectenna) с участием объемного резонатора, поверхность которого частично прозрачна для управляемого поля. Видимо, на высоких частотах полезна соленоидальная связь, а на низких – ректенны. На выбор способа беспроводного питания также влияет очертания управляющей среды, мощность канала связи, сложность управления (количество слоев управляющей среды).
О канале беспроводного управления.
В ячейке этот канал состоит из антенны, приемника, демодумятора и контроллера. Наибольший поперечный размер схемы не должен превышать половины длины волны управляемого поля. Для ее частот менее 1ГГц схему управления можно собрать из известных микросхем на печатной плате. На более высоких частотах нужно делать новую. Предполагаю, полоса частот полезного канала управления может не превышать 10МГц при скорости переключения до одной миллисекунды и небольших переходных процессах в реактивных элементах.
Видимо, заявленная среда управления полем пригодна для частот до 30ГГц.
Подробнее постановка задачи описана в №6, стр. 50, …, 57, 2022 год:
№1, стр. 50, …, 58, 2023 год:
Полезность выше описанного – только мое мнение. Чтобы это мнение превратилось в новое знание, нужны мнения других, основанные на личном опыте. Предлагаю моделировать. Удобно использовать STEPPING-отвертку. Далее следует изучать решетки усилителей\генераторов, следуя рис. 3.
I hope there will be young radio engineers who will understand the above and turn this task into a goods.
