Всі параметри, необхідні для редагування задаються в діалоговому режимі. Після кожного етапу редагування плати викликаються програма, що вносить зміни в текст ФЗ, і програми наскрізного циклу проектування полоськових пристроїв. Якщо редагування пройшло успішно, то на екрані відображається відредагована топологія плати. Процес редагування супроводжується підказками в нижній частині екрану. Графічний редактор дозволяє роздрукувати топологію плати на принтері. Кожен шар багатошарової плати зображується своїм кольором (може змінюватися користувачем). Можна також видаляти або додавати зображення будь-якого шару редагованої плати на її графічному зображенні.

Графічний редактор дозволяє додати розділ «оптимізація» і, якщо він вже існує, відредагувати параметри даного розділу. Базові елементи, параметри яких необхідно варіювати, вказуються за допомогою курсору на графічному зображенні плати.

Підпрограма перегляду результатів проектування у вигляді графіків залежностей від частоти (рис.2) дозволяє представити на екрані такі характеристики:

– КСХН; вносяться втрати (в дБ);

– Модуль і фазу коефіцієнта передачі;

– Модуль і фазу коефіцієнта відбиття;

– Різниця втрат між двома парами входів

(В дБ); різниця фаз між двома парами входів (в град);

– Дійсну і уявну частини матриці розсіяння

ня.

На екрані одночасно можна відобразити до 20 графіків. Кожен графік малюється своїм кольором і позначається своїм маркером. У діалоговому режимі можна змінити колір і маркер для кожного графіка. На аркуші графіків внизу розташовуються автоматично сформовані підписи для кожної лінії. У діалоговому режимі можна вибрати будь-яку з перерахованих раніше характеристик і відобразити її на поточному екрані. Передбачена можливість перемасштабірованія по осях X та У, а також формування двох У-осей. При наявності декількох аркушів графіків на екрані відображається перший лист. Інші можна переглянути за допомогою стрілок, змінюють номер листа і розташованих внизу екрану.

Крім зазначених можливостей, ДПП дозволяє:

– Переглянути і відредагувати складові базові елементи; переглянути і розрахувати задаються базові елементи;

– Зробити синтаксичний, семантичний і топологічний контроль ФЗ;

– Отримати опис топології плати в форматах ЯГТІ, DXF, ЯР-4 і КПА-1200;

– Розділити вибраний файл ЯГТІ по шарах;

– Об’єднати декілька файлів ЯГТІ в один;

– Отримати таблицю координат топології проектованого пристрою і переглянути її на екрані;

– Сформувати файл топології з урахуванням технологічного припуску на подтрав;

– Отримати дані для програми MATH-CAD.

III. Висновок

Розроблені програмні засоби істотно полегшують роботу користувача Системи МРР, замінюючи процес написання ФЗ процесом графічного редагування проектованого Полоскова СВЧ пристрою на екрані монітора.

IV. Список літератури

[1] П. Л. Батов; Е, Н, Данилочкина; О, Л, Доброжанская;

І. Е, Калашник; В, П. Орлов; Г. А, Проніна; А, А, Сергєєв; В, Г. Феоктистов, Інтегрований програмний комплекс лямбда + корпоративна система математичного моделювання та проектування пристроїв НВЧ. Частина I. Інтегрована середу розробника. Системи проектування хвилеводних пристроїв і мікрополоскових плат. Москва, ФГУП ВИМИ, Інформаційні технології в проектуванні і виробництві, № 2,

2002 рік.

DESIGN AND APPLICATION OF GRAPHIC EDITOR AND INTERACTIVE PROGRAMFOR TASK PREPARATION IN CAD-SYSTEM FOR STRIPLINE DESIGN

Danilochkina E. N., Pronina G. A., Sergeev A. A.

Almaz Scientific Industrial Corporation named after A.A. Raspletin Moscow, 125190, Russia phone: (095) 9439203; e-mail: sergalal@mtu-net.ru

Abstract Considered in the paper are the principles and realization of interactive program for the stripline CAD system. It describes Graphic Editor, that allows to connect Basic Elements from the System’s library and to represent the topology of stripline circuits and their engineering characteristics.

I.  Introduction

Interactive software for task preparation is a new tool of LAMBDA+ complex. This CAD is intended for functional and technical design of microwave devices, realized on any type of microstip lines.

II.  Main part

Interactive editor allows to examine and edit all parts of the whole microwave device, examine such electrical characteristics of this device as VSWR, insertion loss, mag (Sij) and arg (Sij), Re (Sij) and Im (Sij) in the form of tables and multiple graphs. Editor allows to change the parameters of any part of the task, to insert or delete paragraphs of the task (optimization, tweaks, configuration). User can view any element from system’s library, add it to the task and change the parameters of such an element. Recalculated characteristics of the device are immediately depicted on a screen. All changes are hard controlled and any possible error messages appear on the screen. When the design is completed, the topology of a device may be saved on a hard disk in any suitable format.

III.  Conclusion

Developed user-friendly program essentially lightens the developer’s work, when the task writing is replaced by graphical editing of microwave devices’ topology on a PC screen.

Рис, 2, Зразок виведення на екран графіків залежностей інженерних характеристик від частоти

Fig. 2. Frequency dependent electrical characteristics on PC screen (example)

НОВІ МОЖЛИВОСТІ КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЕКТУВАННЯ В СИСТЕМІ НАСКРІЗНИМИ ЦИКЛУ ПРОЕКТУВАННЯ Полоскова ПРИСТРОЇВ СВЧ

Сергєєв А. А., Данилочкина Е. Н., Проніна Г. А. ВАТ “НВО” АЛМАЗ “імені академіка А. А. Расплетіна”, Москва, 125178, Росія Тел.: (095) 9439203; e-mail: sergalal @ mtu-net.ru Надєждін Б. Б., Поляков Г. Б. ФГУП ЦНІРТІ, Москва, 105066, Росія Тел.: (095) 2639800; e-mail: bornad@ok.ru

Анотація У Московському ВАТ “НВО” АЛМАЗ “імені академіка А. А. Расплетіна” триває розробка Систем Автоматизованого Проектування пристроїв НВЧ. Система Наскрізного циклу проектування полоськових пристроїв (МРР), що є (поряд з волноводной, магнітної і антеною Системами) одну з чотирьох взаємопов’язаних Систем проектування Інтегрованого програмного комплексу лямбда + [1] (див. також URL: http://www.raspletin.ru), дозволяє проектувати пристрої, що реалізуються на микрополосковой, симетричною, підвішеній, високодобротних, копланарной або щілинний полоськових лініях (або їх комбінаціях на одному або декількох паралельних діелектричних шарах, пов’язаних між собою спеціальними конструкціями елементами переходу з одного шару або типу лінії на інший).

I. Вступ

Для проектування полоськових СВЧ-пристроїв в Системі МРР користувачем повинно бути складено Формалізоване Завдання (ФЗ), що описує конструкцію плати, діапазон моделювання, способи перебору параметрів, методи оптимізації та т.п., а також склад (топологію) пристрою в термінах функціональних і конструктивних Базових Елементів (ФБЕ і КБЕ) та схему з’єднання їх у пристрої. У складі бібліотеки Базових Елементів Системи МРР в даний час налічується більше 150 ФБЕ (багатополюсників СВЧ, включаючи елементи з синтезуються розмірами і елементи з задаються матрицями розсіяння і малюнком), для яких розраховується матриця розсіяння і формується опис малюнка, і більше 30 КБЕ, для яких тільки формується опис малюнка кордону металу або резистора.

При складанні ФЗ користувач може застосувати Текстовий або Графічний редактори Системи МРР. Для складання описової частини ФЗ користувач повинен заповнити (або змінити пропоновані за замовчуванням) значення в таблицях, що відображають зміст розділів ФЗ. Для складання розділу ‘Топологія:’ користувачеві пропонується вибрати необхідний БЕ з каталогу бібліотеки Системи МРР, задати числові значення параметрів елемента і вказати дані для розміщення на платі обраного БЕ або вимога на з’єднання вибраного елемента з вільними входами створюваного пристрою, видалення елемента зі схеми і т.п.

Написане користувачем або підготовлене за допомогою текстового або графічного редакторів ФЗ піддається синтаксичному і топологическому контролю і обробляється Основними Програмними модулями Системи МРР. В процесі роботи модулів від єдиного ФЗ проводиться синтез розмірів окремих ФБЕ, проводиться моделювання (розрахунок матриці розсіювання) і оптимізація необхідних інженерних характеристик, а також формується пошарове опис малюнка топології СВЧустройства в цілому (в форматі мови ЯГТІ). За результатами моделювання користувач Системи МРР може отримати графіки необхідних характеристик або сформувати файл з матрицями розсіяння для передачі в систему MATH-CAD, а опис малюнка топології використовується далі на етапі технічного проектування (рис.2).

II. Основна частина

У процесі розвитку системи наскрізного циклу проектування полоськових і мікрополоскових пристроїв СВЧ серйозна увага приділяється конструкторсько-технологічного проектування (підготовка інформації для випуску конструкторської документації і технологічної оснастки для випуску фотошаблонів, які виробляються спеціальними підрозділами підприємства, але від єдиного завдання на проектування, наданого розробником СВЧ-пристрої).

Наявність в Системі МРР універсального перекодіровщік графічних форматів DJKODJK дозволяє обробляти опис топології плат не тільки в форматі ЯГТІ (генерований системою МРР), а й в інших форматах (ЯР-4, КПА-1200 і DXFформате системи AutoCAD дванадцятій версії).

Для поліпшення процесу візуального контролю проектованої топології була розроблена вдосконалена програма переглядача топології (рис.1). Її відмінність від попередньої версії полягає в більш точному поданні координатної інформації, великому застосуванням віконного інтерфейсу, значному збільшенні обсягу відображуваної топологічної інформації, запровадження можливості роздруківки інформації на лазерному НР-принтері.

Традиційно до складу Системи МРР входить програма формування топології з урахуванням технологічного припуску по нормалі контурів для компенсації ефекту подтрава при напиленні або травленні і програма формування Таблиці координат, яка тепер може містити різну кількість рядків на сторінці і роздруковуватися на принтері будь-якого типу, визначеного в WINDOWS на ПЕОМ користувача.

За останній час за завданнями конструкторського і технологічного підрозділів в систему МРР введені програми трансляторів топологічної інформації в формат PDF для P-CAD 4.5 та в формат PDF 8.5 для P-CAD 2000. У першому випадку контури металізації представляються у вигляді відрізків ліній і дуг, а в другому у вигляді полігонів і вире

поклик в них з інтерполяцією дугових відрізків ламаними лініями. В процесі перетворення інформації вирішуються завдання визначення вкладеності контурів, завдання напряму обходу зовнішніх і внутрішніх контурів, розбиття дуг окружностей на хорди з необхідною точністю.

Puc. 2. Збільшене на екрані зображення фрагмента топології плати

Fig. 2. DV viewer: zoomed image, a part of printed circuit’s topology

Fig. 1. A circuit layout as seen via the DV viewer

Рис. 1. Приклад відображення топології плати переглядачем DV

Для використання разом з системою МРР популярних зарубіжних систем моделювання та проектування в систему МРР введені програми формування вхідної інформації для системи МАТНCAD, формування вхідний та обробки вихідної інформації для системи AutoCAD, розроблений апарат підтримки в якості розділів бібліотеки задаються Базових елементів НВЧ полоськових вузлів довільній геометрії, розрахованої програмою Microwave Office.

III. Висновок

Більшість перерахованих в даному повідомленні програм призначено для роботи в операційній системі MS-DOS, але вони успішно працюють і при автономному запуску в операційних системах WINDOWS, а також під управлінням діалогової програми підготовки ФЗ та обробки результатів проектування Системи МРР [1], реалізованої на мові C + + та застосованої в операційних системах WINDOWS.

[1] П. Л. Батов; Е. Н.Данілочкіна; О. Л.Доброжанская;

І. Е. Калашник; В. П. Орлов, Г. А. Проніна; А. А. Сергєєв, В. Г.Феоктістов. Інтегрований програмний комплекс лямбда + корпоративна система математичного моделювання та проектування пристроїв НВЧ. Частина I. Інтегрована середу розробника. Системи проектування хвилеводних пристроїв і мікрополоскових плат.

– Москва, ФГУП ВИМИ, Інформаційні технології в проектуванні і виробництві, № 2, 2002 р.

NEW OPPORTUNITIES OF DESIGN AND ENGINEERING OFFERED BY A FULLCYCLE MICROWAVE STRIPLINE CAD SYSTEM

Sergeyev A. A., Danilochkina Ye. N. , Pronina G. A. Academician A. A. Raspletin ‘Almaz’ Scientific

& Production Corporation Moscow, Russia, 125190 phone +7 (95) 9439203; e-mail: sergalal@mtu-net.ru Nadezhdin В. B., Polyakov G. B.

Federal State-Owned Unitary Enterprise

‘Central Research Institute of Radio Engineering’ Moscow, Russia, 105066 phone +7 (95) 2639800; e-mail: bornad@ok.ru

Abstract The report considers the main principles behind an interactive program intended for a stripline CAD system and their implementation. A description is given of a graphics editor allowing for the coupling of basic elements from the system library and for the representation of stripline circuits layout and their engineering characteristics.

I.  Introduction

A CAD system user has initially to provide a requirements specification for the design of a microwave device using either a text or a graphics editor. There are over 150 functional basic elements and over 30 constructive basic elements available in the system library. As distinct from the functional elements, the constructive basic elements have no electrical characteristics, at the same time providing a layout representation. Applying textual or graphic representations of basic elements the user creates a complete CAD job. Following a rigorous syntactic and semantic control of this job the results of simulation for the whole device are presented in table and graphic forms.

II.  Main part

The CAD system discussed here is the so-called full-cycle system, which means that by using a job only the user obtains a complete topological description of all layers of the designed microwave device along with the full set of electrical characteristics of this device in various forms, as well as files for subsequent photocomposing or transferring to any other equipment used in manufacturing microwave printed circuits.

The software is capable of transferring topologic descriptions of layers between representations, displaying all of the layers or any of them on a computer monitor, as well as of zooming or resizing the layer topology. Compatibility with MathCAD, ACAD, P-CAD 4.5, P-CAD 2000 and Microwave Office software is one of the distinct features of the above CAD program.

III.  Conclusion

Most of the above software was written for the MS-DOS environment, but it as well functions if launched from the Windows

OS or under the control of an interactive stripline CAD program written in the C++ language and intended for the Windows OS.

Надєждін Б. Б., Поляков Г. Б. ФГУП ЦНІРТІ, Москва, 105066, Росія Тел.: (095) 2639800; e-mail: bornad@ok.ru

Анотація Описується комплекс програм для ПЕОМ, що забезпечує підготовку керуючих команд для виготовлення фотошаблонів шарів СВЧ-плат за допомогою фотоскладальних пристроїв.

I. Вступ

Пакети прикладних програм (ППП) для технічного проектування та технологічної підготовки виробництва НВЧ-пристроїв повинні, в ідеалі, забезпечувати вихід на всю гаму вітчизняних і зарубіжних верстатів з ЧПУ, що використовуються для виготовлення фотошаблонів СВЧ-плат. Якщо потрібно виготовити фотошаблони микронной точності, використовуються фотоскладальні пристрої (ФНУ), наприклад, вітчизняні ФНУ ЕМ-559 і ЕМ-5009. У даному повідомленні описані програмні засоби, за допомогою яких здійснюється підготовка на ПЕОМ керуючої інформації для цих ФНУ.

II. Основна частина

У пакет прикладних програм технічного проектування НВЧ-пристроїв ТОПАЗ входить ряд програм, що забезпечують підготовку керуючої інформації для фотоскладальних пристроїв типів ЕМ559 і ЕМ-5009. Перш все, це універсальний переглядач графічних файлів DJKVIEW, або, коротко, DV. Ця програма дозволяє побачити на екрані ПЕОМ зображення шарів СВЧ-плати. Вхідними файлами можуть бути файли наступних форматів: DXF, HPGL, ЯГТІ, ЯР-4, коди координатографа КПА-1200 і команди зазначених вище ФНУ. За допомогою цієї ж програми на магнітний диск виводяться координати топології верств СВЧ-плати у внутрішньому двійковому IDF-форматі ППП ТОПАЗ.

Потім за допомогою програми FILLPAT, обробній IDF-файл, вирішується задача покриття замкнутих контурів плати прямокутниками розмірами W х Н з центром ваги в точці (X, Y), поверненими під кутом А до осі X. Послідовне перерахування значень W, H, X, Y, A для кожного прямокутника покриття і є текстовий файл РАТформата, керуюча послідовність команд для фотоскладального пристрої. Можна зробити сортування РАТ-файлу по кутах повороту діафрагми (найбільш повільне механічний рух робочої головки ФНУ) і за координатами за допомогою програми SORTPAT (або SORTP386), або тільки по кутах повороту за допомогою програми PAT_SORT. Приклад покриття металізованої поверхні плати наводиться на малюнку 1.

Надалі належить перекодувати ASCIIтекст РАТ-файлу в ДКОИ і створити образ магнітної стрічки за допомогою ряду службових програм РАТцікпа.

Ось перелік цих програм в алфавітному порядку:

PAT_A-D перекодування РАТ-файлів з ASCII в ДКОИ;

PAT_ABZ покадрове розбиття РАТ-файлу ASCII;

PAT_CNT підрахунок числа експозицій в РАТ-файлі; PAT_EXTR витяг РАТ-файлу з образу магнітної стрічки;

PAT_ML підготовка образу магнітної стрічки РАТформата;

PAT2DXF перетворення формату РАТ в DXF.

Програма PAT_A-D перекодує РАТ-файл з ASCII в ДКОИ. Цього, загалом, достатньо, щоб ФНУ “розуміло” команди управління. Проте, програмне забезпечення, що входить до складу ФНУ, в оригінальному варіанті працює з магнітною стрічкою (перфоленту як застарілий носій ми не розглядаємо). Щоб отримати образи записів на магнітній стрічці, використовується програма PAT_ML. Вона перетворює групу файлів з розширенням. РАТ в запису потрібного формату та формує (як першого запису на МЛ) так званий довідник магнітної стрічки, в якому наводяться відомості про подальші записах (керуючих командах). Зворотну задачу перетворення записів на магнітній стрічці у РАТ-файли вирішує програма PAT_EXTR.

Програма FILLPAT забезпечує покриття замкнутих контурів з точністю близько одного мікрона. Найгірше покриваються, природно, гострі кути. При покритті дуги замінюються ламаними лініями, максимальна помилка відхилення ламаної від дуги задається в межах від 0.1% до 10% від радіуса дуги. За замовчуванням задається максимальна точність (0.1%). Програмне покриття контурів як правило виконується з високим якістю. Якщо ж виникає бажання підправити якісь ділянки вручну, то це можна зробити за допомогою програми PAT_RED, що дозволяє редагувати файли РАТ-формату в графічному діалозі. У штатну поставку ППП ТОПАЗ ця програма не входить, тому що необхідності в ручному редагуванні зазвичай не виникає. І тільки при роботі з дуже складними пристроями (приклад крісталлодержателю СВІС) припадає комбінувати програмне покриття з ручним.

У даному повідомленні не розглядається проблема передачі керуючої інформації з ПЕОМ на ФНУ. Зрозуміло, вже давно відомі програмно-апаратні засоби, що забезпечують пряму передачу образів МЛ з ПЕОМ на ФНУ, минаючи фізичну запис інформації на магнітну стрічку. При цьому, ймовірно, необхідність використання програми PAT_ML відпадає. Так, наприклад, в Московському КБ “ЛІРА” для підготовки способу магнітної стрічки на магнітному диску ПЕОМ використовується програма МК_ТАРЕ. Отримані образи довідника і керуючих команд передаються на ФНУ з ПЕОМ за допомогою діалогової програми, що входить до складу програмно-апаратного комплексу.

Всі перераховані в даному повідомленні програми призначені для роботи в операційній системі MS-DOS, але успішно працюють і при запуску в операційних системах WINDOWS. Основні програми, що забезпечують отримання керуючої інформації для фотоскладальних пристроїв, включені до складу Системи наскрізного циклу проектування полоськових пристроїв МРР, що входить в Інтегрований програмний комплекс лямбда + [1].

Рис. 1. Приклад покриття металізованої поверхні плати Fig. 1. An example of coating the board metallized surface

CONTROL DATA SOFTWARE FOR EM-559 AND EM-5009-TYPE PHOTOCOMPOSERS

Nadezhdin В. B., Polyakov G. B.

Federal State-Owned Unitary Enterprise ‘Central Research Institute of Radio Engineering’ Moscow, Russia, 105066 phone +7 (95) 2639800; e-mail: bornad@ok.ru

Abstract PC software tools intended for generating PATformat control files for EM-559 and EM-5009 photocomposing devices are described.

I.  Introduction

Precision photomasks for MICs are produced using photocomposing techniques. In order to generate control files for the above devices a PC program should implement algorithms of filling in closed contours by using arbitrarily oriented rectangles with suitable WxH dimensions.

II.  Main part

Fig. 2. Examples of power divider topology in the PAT format

A brief step-by-step description of generating PAT-format control files is given. An initial description of MIC layers must be prepared in the format of an AutoCAD DXF file, an HPGL file or in any Russian file format (.jgt, .jar, .kpa, etc.). DjkView, a multiformat graphics viewer, displays any chosen layer of the MIC or all the layers simultaneously. Topological coordinates for visible layer(s) are saved to the hard disk in the internal DJK format (.idf). Then the FILLPAT program is used to fill in the contours of the layers. As soon as an ASCII PAT-file is ready, we can check the quality of coverage using DjkView. When all the layers of the MIC are ready, the PAT_ML program is launched to recode PATfiles into the magnetic tape format. Then a magnetic tape image is sent to a photocomposing device.

III.  Conclusion

Puc. 2. Приклади топологій дільників потужності в форматі ФНУ

The developed PC software is capable of generating PATformat control files for EM-559 and ЕМ-5009-type photocomposing devices. The initial topologic description of a printed circuit may be provided in any available format (.dxf, HPGL or any Russian format).

III. Висновок

Розроблені програмні засоби забезпечують підготовку на ПЕОМ керуючої інформації для фотоскладальних пристроїв ЕМ-559 і ЕМ5009. При цьому первинне опис топології верств СВЧ-плати може бути представлено в будь-якому з форматів, що застосовуються при технічному проектуванні таких плат.

IV. Список літератури

[1] П. П. Батов: Е. Н. Данилочкина; О. Я Доброжанская;

І. Е. Калашник; В. П.Орлов, Г. А.Проніна; А. А.Сергеев,

В. Г. Феоктистов. Інтегрований програмний комплекс лямбда + корпоративна система математичного моделювання та проектування пристроїв НВЧ. Частина I. Інтегрована середу розробника. Системи проектування хвилеводних пристроїв і мікрополоскових плат. Москва, ФГУП ВИМИ, Інформаційні технології в проектуванні і виробництві, № 2, 2002 р.

Про можливість використання вакуумних ПРИЛАДІВ з холодним катодом ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ СВЧ ЕНЕРГІЇ В ПОСТІЙНИЙ ток

Галдецька А. В. ФГУП «НПП Исток», вул. Вокзальна 2а, Фрязіно, 141120, Росія Тел.: (095) 465-8620; e-mail: galdetskiy@mail.ru


Анотація Теоретично розглянуті можливості використання діодів з автоемісійним катодом для ефективного перетворення НВЧ енергії в постійний струм. Показано суттєвий вплив прогонових ефектів на підвищення ККД. Знайдено оптимальні кути прольоту і отримані вирази для синтезу параметрів приладу. Показано, що для частоти 10 ГГц ККД випрямляча досягає 60% при вихідній потужності 4.3 кВт

I. Вступ

В останні роки широко обговорюється проблема передачі енергії на великі відстані за допомогою НВЧ випромінювання [1, 2]. Ця проблема актуальна для енергопостачання космічних і повітряних суден, важкодоступних пунктів (острови, гірська місцевість), при техногенних або природних катаклізмах. При цьому розглядаються варіанти використання масиву напівпровідникових діодів Шоттки (ректенн) для перетворення НВЧ енергії в постійний струм. Однак через невеликий парциальной потужності діода (частки вата), його низької надійності та сильної залежності ККД від рівня сигналу приймач випромінювання виявляється дорогим і не дуже практичним. У даній роботі розглядається можливість використання автоемісійною діода для випрямлення СВЧ коливань. При цьому потужність одиничного діода може в сотні разів перевищувати потужність напівпровідникового аналога, що дозволяє істотно скоротити кількість діодів і вартість приймача в цілому.

II. Аналітичні оцінки

Електронний і контурний ККД такого приймача істотно залежать від параметрів автокатода і геометрії діода. Оскільки в режимі великого сигналу емісія відбувається у вигляді коротких згустків,

Рис. 1. Модель діода в СВЧ резонаторі Fig. 1. The model of the diode in microwave cavity

Ми розглядаємо діод з автокатодом, вбудований в тороїдальний СВЧ резонатор, розірваний по постійному струму (Мал. 1). Такий перетворювач є інвертованим аналогом СВЧ генератора [3] з автокатодом. При подачі НВЧ сигналу виникає емісія електронів і з’являється замикаючий напруга зсуву.

то для аналітичних оцінок рух згустку можна розглядати в одночасткової наближенні. Рівняння руху згустку має вигляд:

Рис. 2. Залежність контурного ККД цз і загального ККД qt від кута прольоту в діоді

Fig. 2. Circuit efficiency and total efficiency vs. transit angle

IV. Висновок

Таким чином, в роботі показана можливість перетворення НВЧ енергії в постійний струм з високою ефективністю (60%) за допомогою автоемісійною діода. Вихідна потужність перетворювача істотно перевищує вихідну потужність напівпровідникових аналогів, що робить його експлуатацію економічно доцільною. Ці результати закладають основу для розробки нового типу СВЧ перетворювачів.

V. Список літератури

1. W. С. Brown, “The History of Power Transmission by Radio Waves,” IEEE Trans. Microwave Theory and Techn.,

Vol.32, No.9, pp. 1230-1242, September 1984.

2.     N. Shinohara, H. Matsumoto, “Experimental Study of Large Rectenna Array for Microwave Energy Transmission,” IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., Vol. 46, No.3, pp. 261-267, March 1998.

3.     Galdetskiy A. V., Mukhurov N. I. The efficiency of microwave generator based on field emission and the electric field profile in the gap. IVMC’2001: Proc. 14th Int. Vacuum Microelectronics Conf., UC Davis California, August 2001. P.165.

ON THE APPLICATION OF VACUUM DIODES WITH COLD CATHODE FOR DIRECT CONVERSION OF MICROWAVE POWER TO DC

A.                               V. Galdetskiy SRI “istok”, Vokzainaya st. 2a, Fryazino, 141120, Russia Tel.: (095) 465-8620; e-mail: galdetskiy@mail.ru

Abstract The opportunities of application of field emission cathodes for effective conversion of microwave power to DC are investigated. The significant influence of transit time effects on the conversion efficiency is demonstrated. Optimal transit angle is calculated and main parameters of the device are obtained. It is demonstrated that at frequency 10 GHz the efficiency achieves 60% at output power 4.3 kW.

I.  Introduction

Last years the problem of power transportation through long distances by microwave beam is widely discussed [1,2]. This problem is actual for energy supply of space and airborne vehicles, out-of-path places (islands, mountains), at man-caused or natural emergencies. Various types of Schottky diode arrays (rectennas) are considered for microwave power conversion to DC. However the receiver turns out to be expensive due to small partial power of the diode (fractions of watt), its low reliability and strong dependence of the efficiency on power level. We consider the possibility of the application of field emission diode for the rectification of microwave signal. The output power of the vacuum diode can exceed power of its solid-state analogue hundred times. This allows significant decreasing of the amount of the diodes and the cost of the receiver as a whole.

II. Analytical estimations

We consider the field effect diode embedded into toroidal cavity broken for DC (Fig. 1). Such converter is inverse analogue of microwave generator [3] with a field effect cathode. At application of microwave power to the cavity the emission of electrons appears and braking bias voltage arises.

The electron and circuit efficiency of such receiver depends significantly on the characteristics of the field effect cathode and geometry of the diode. Since at the large-signal operation the emission occurs in the form of short bunches, we can consider the motion of bunches in single-particle approximation.

The equation of bunch motion has the form (1):

Where dimensionless variables are

, andind DC

bias voltages applied to the gap, cl the gap thickness, A wavelength. The solution of (1)at x= 1 defines transit angle <p. Taking into account properties of cathode: I average current density, E extraction field, we can express parameters of the diode for the highly efficient regime through <p

(2).

It is evident that the gap d and output voltage U0 are proportional to A2. Particularly at A = 3 cm, E = 10 kV/mm, <p = 1.9 DC voltage is equal to (7o = 3.74kV, gap cl =0.38 mm, rf voltage U, = 7.5 kV.

Circuit efficiency is determined by intrinsic Q-factor Про and emission current and can be estimated by expression (3).

Its dependence on the transit angle is shown on Fig. 2. Optimal transit angle is equal to 1.9. At intrinsic Q-factor О = 2000 and emission current density 1 = 2 A / cm2 circuit efficiency is equal to 78%, total efficiency achieves 63% and output power is equal to 4.3 kW (emission area 0.6 cm2). Thermal power dissipated on the anode does not exceed permissible value. Thus simple analytical estimations show that considered approach of microwave power conversion into DC looks rather attractive.

For more accurate calculations we used numerical simulation of particles dynamics

III.  Numerical simulation

We considered emission and the dynamics of the ensemble of the electrons in the diode’s gap. Emission is described by Fowler-Nordheim equation with the coefficients approximating experimental l-V curves of carbon field emitters. Electric fields of electrodes and space charge were included in simulation. The influence of the secondary emission on the conversion efficiency was also taken into account. Numerical simulation of the regime obtained by analytical formulas demonstrated the possibility of achieving efficiency around 60%.

IV.  Conclusion

The work demonstrates the possibility of efficient (60%) conversion of microwave power to DC by means of field effect diodes. The output power of the converter is much higher than power of solid-state analogues, which makes this design very attractive for the development of the new class of microwave converters.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.