Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР)

Лаборатория ГПО «СВЧ-электроника»

Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника»

Лаборатория организована в соответствии с приказом ректора ТУСУРа от 10 ноября 2006 года в рамках мероприятия 1.1.1 «Разработка и внедрение технологии группового проектного обучения» инновационной образовательной программы университета приоритетного национального проекта «Образование».

Цель создания ЛГПО «СВЧ-электроника» – подготовка высококвалифицированных специалистов для организаций, деятельность которых связана с разработкой и созданием антенных систем, СВЧ-устройств и элементов трактов, с различными применениями СВЧ-излучения, а также проведение по этим направлениям научных исследований.

Учебная деятельность

Организация группового проектного обучения

В настоящее время в ЛГПО «СВЧ-электроника» ведутся проекты:

  • СВЧиКР-0802 «Сверхширокополосные пассивные устройства СВЧ-диапазона»,
  • СВЧиКР-1102 «Фильтры СВЧ»,
  • СВЧиКР-1103 «Планарные антенны диапазона СВЧ»,
  • СВЧиКР-1201 «Автодинные приёмо-передающие модули»,
  • СВЧиКР-1202 «Исследование активных элементов СВЧ и разработка формирователя сигналов на их основе»,
  • СВЧиКР-1203 «Измерение параметров мощности сигналов СВЧ»,
  • СВЧиКР-1204 «Высокоэффективные усилители СВЧ-диапазона».

Методическая работа

Методическая работа заключается в разработке учебно-методических пособий по проведению лабораторных занятий по дисциплинам, обеспечиваемым кафедрой СВЧиКР по направлению «Радиотехника».

Результаты учебной деятельности

  • Внедрение в учебный процесс лабораторного комплекса по исследованию диаграмм направленности антенн во временной области для студентов специальностей 210302, 210303, 210312 по направлению 210300 «Радиотехника».
  • Внедрение в учебный процесс лабораторного комплекса по исследованию диаграмм направленности и входного сопротивления антенн для студентов специальностей 210302, 210303, 210312 по направлению 210300 «Радиотехника».
  • Внедрение в учебный процесс лабораторного комплекса по измерению электрических параметров диэлектриков в диапазоне СВЧ для студентов специальностей 210302, 210303, 210312 по направлению 210300 «Радиотехника».
  • Группа СВЧиКР-0802 принимала участие в конкурсе на лучший проект ГПО ТУСУРа 2009–2010 учебном году.
  • Участие в олимпиаде по радиофизике.
  • Участие в выставках:
  1. XI Сибирский форум образования, XII Межрегиональная выставка-ярмарка «Образование. Карьера. Занятость», конкурс «Сибирские Афины»,
  2. региональная выставка научных достижений молодых учёных «СибНова – 2012»,
  3. выставка научных достижений молодых учёных в рамках VII Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», посвящённой 50-летию ТУСУРа.

Научная деятельность

Научное направление, тематика НИР

На кафедре ведутся исследование сверхширокополосных пассивных устройств диапазона СВЧ и антенн различного назначения.

Научные исследования с 2007 года выполняются в рамках НИР и ОКР

Антенны

Исследование антенн проводится в рамках проекта ГПО СВЧиКР-1103 «Планарные антенны диапазона СВЧ».

Устройства

На этапе макетирования находятся антенны СВЧ-диапазона для применения в системах связи и измерительных комплексах. 

Антенный измерительный комплекс

Установка для антенных измерений в частотной области, состоящая из передающей и исследуемой антенн, опорно-поворотного устройства, прибора серии Р2М или Р4М, персонального компьютера и разработанного программного обеспечения, позволяющую проводить измерения диаграмм направленности и входного сопротивления антенн. Аналогом является установка для измерения диаграмм направленности антенн во временной области, созданная на НТП «Тензор» (Нижний Новгород).

Измерение параметров материалов

Измерительные установки

Установка для измерения электрических параметров материалов резонаторным методом, состоящая из набора цилиндрических объёмных резонаторов, скалярного анализатора параметров цепей Р2М-18 и персонального компьютера, предназначенного для измерения методом малых возмущений в диапазоне СВЧ диэлектрической проницаемости и потерь изоляционных материалов.

Элементы и устройства СВЧ

Элементы коаксиально-волноводного тракта

Разработаны, экспериментально исследованы и внедрены в производство на ЗАО «НПФ «Микран»» пассивные СВЧ устройства для трёх типов коаксиальных трактов с диапазоном частот до 50 ГГц: переходы в трактах и между трактами, фиксированные  нагрузки и аттенюаторы, направленные ответвители и направленные детекторы, делители и разделители мощности. Эти устройства являются основными частями измерительных приборов – векторных и скалярных анализаторов параметров цепей серии Р2М и Р4М.

Монолитные интегральные микросхемы

В рамках проекта ГПО СВЧиКР-0802 проводится разработка микрополосковых сверхширокополосных пассивных СВЧ-устройств на основе монолитных интегральных схем на подложке из арсенида галлия. В частности разработаны и внедрены в производство микрополосковые фиксированные аттенюаторы и делители мощности, работающие в диапазоне частот от 0 до 40 ГГц.

Усилители СВЧ

В 2012 году был открыт проект ГПО СВЧиКР-1204 – «Высокоэффективные усилители СВЧ-диапазона».

Приборы

Измеритель мощности

Цель проекта: разработка устройств контроля и измерения поглощённой и проходящей мощности микроволновых сигналов. Разрабатываемые измерители не имеют аналогов на отечественном рынке и смогут оказать конкуренцию зарубежным приборам.

Преобразующие элементы измерителя выполнены на основе монолитных интегральных схем на подложке GaAs.

Разработка измерителя среднеквадратичного значения мощности (True RMS) находится на этапе экспериментального исследования макетных образцов. Реализован алгоритм термокоррекции, что позволит проводить измерения в широких температурных диапазонах без существенного изменения точности измерений. Измерены частотные и динамические характеристики, ведётся работа по согласованию входной цепи.

Генератор сигналов векторный.

В рамках совместной работы ЗАО «НПФ «Микран»» и ТУСУРа ведётся разработка векторного генератора сигналов. Разрабатываемое устройство относится к измерительной технике, предназначено для формирования сигналов с аналоговыми и цифровыми видами модуляции, а также сигналов с заданной АЧХ и временной характеристикой. Обладая прецизионными характеристиками, разрабатываемое устройство станет стимулом для дальнейшего развития приоритетных отраслей науки и техники, таких как технологии беспроводной передачи данных, радиолокация, радиометрия, импульсные и радиочастотные измерения.

В рамках проекта в 2013 году планируется создание прототипа прибора с дальнейшем выходом на серийное производство. Характеристики устройства не уступают характеристикам зарубежных аналогов и соответствуют требованиям новейших стандартов систем связи 5-го поколения.

Основные области применения

Космическая и военно-промышленная отрасль:

  • радиолокация,
  • связь специального назначения,
  • спутниковая связь.

Коммерческая радиосвязь:

  • радиорелейная связь,
  • сотовая связь.

Общее применение:

  • источник гармонического колебания,
  • источник помех и белого шума.

Образование:

  • лабораторные и измерительные стенды.

В ходе работы над проектом решаются задачи:

  • выбора структурной схемы устройства, удовлетворяющей высоким требованиям качества, диктуемых зарубежными аналогами;
  • созданием методики калибровки как отдельных блоков, так и прибора в целом для достижения максимального качества формируемого сигнала;
  • создание источника низкочастотного широкополосного модулирующего сигнала и методов цифровой обработки к нему.

На данный момент проведён ряд экспериментальных исследований формирования сигналов на частоте до 6 ГГц с полосой модулирующего сигнала до 100 МГц

Автодинный приёмо-передающий модуль на диоде Ганна

Модуль предназначен для работы в системе измерения скорости и дальности до цели. Автодины благодаря совмещению функций передатчика и приёмника в одном каскаде – автогенераторе, обеспечивают простейшую конструкцию и низкую стоимость приёмопередающего модуля радиолокатора, при этом сохраняют высокий энергетический потенциал и надежность. Модуль представляет собой волноводный резонатор, выполненный на отрезке прямоугольного волновода с помещенным в него диодом Ганна, а также схему выделения и обработки автодинного отклика. Модуль выполнен в металлическом корпусе на основе волновода размером 5,2х2,6 мм. Модуль имеет коаксиальный выход для съема информационного сигнала, разъем подачи напряжения питания.

Основные технические характеристики

Наименование параметра, единица измерения Норма параметра
не менее не более
Рабочая частота, ГГц 30 33
Выходная непрерывная мощность, мВт 10 15
Напряжение питания, В 8 20
Энергетический потенциал, дБ 60
Потребляемый ток, мА 250

Изделия обладают высокой точностью, низким уровнем энергопотребления, малыми массогабаритными характеристиками, относительно низкой себестоимостью.

Разработка находится на стадии исследования и модернизации конструкции с целью улучшения технических характеристик. Имеется макет устройства, внешний вид и модель в разрезе которого представлены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Результаты исследования апробированы в виде докладов на следующих конференциях:

  • Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы радиоэлектроники», 3-4 мая 2012 г., Красноярск
  • XVIII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь»,  17-19 апреля 2012 г., Воронеж
  • А также опубликованы в следующих журналах:
  • Известия высших учебных заведений. Физика.№8/3.Том 55. – С.27-30
  • Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. № 2 (24), часть 1, 2011 год. –  С. 232-235
  • Вестник науки Сибири. Том 2, № 1 (2012), Серия 5. – С. 65-70

Макет устройства был представлен на выставке достижений студентов, аспирантов и молодых ученых проведенной  в рамках VIII Международной конференции «Электронные средства и системы управления», посвящённой 50-летию ТУСУРа.

Наукоёмкая продукция, являющаяся результатом исследований:

  • комплекс экспериментальных и теоретических результатов в области исследования диаграмм направленности антенн во временной области,
  • комплекс экспериментальных и теоретических результатов в области исследования диаграмм направленности и входного сопротивления антенн,
  • комплекс экспериментальных и теоретических результатов в области измерения электрических параметров диэлектриков в диапазоне СВЧ,
  • пассивные сверхширокополосные устройства СВЧ- и КВЧ-диапазонов,
  • патент на изобретение №2010103213 Делитель мощности;
  • патент на изобретение №2010125799 Полосковый противонаправленный ответвитель;
  • патент на полезную модель №2011148660 Нагрузка холостого хода.

Оборудование и исследовательские установки

Оборудование

Скалярный анализатор цепей Микран Р2М-18

Основные характеристики:

  • рабочий диапазон частот 0,01 ГГц …18 ГГц,
  • измерение модуля коэффициента передачи, модуля коэффициента отражения, абсолютной СВЧ-мощности,
  • режим работы высокостабильного синтезированного генератора СВЧ с шагом 1 Гц,
  • управление и получение результатов измерения на внешнем компьютере.

Скалярный анализатор цепей Микран Р2М-04

Основные характеристики:

  • рабочий диапазон частот 0,01 ГГц …4 ГГц,
  • измерение модуля коэффициента передачи, модуля коэффициента отражения, абсолютной СВЧ-мощности,
  • режим работы высокостабильного синтезированного генератора СВЧ с шагом 1 Гц,
  • управление и получение результатов измерения на внешнем компьютере.

Анализатор спектра СК4М-04

Основные характеристики:

  • диапазон рабочих частот от 100 Гц до 20 ГГц,
  • диапазон отображения уровней сигналов от –164 дБм до +30 дБм,
  • селективные и БПФ фильтры от 1 Гц до 30 МГц,
  • цифровой тракт промежуточной частоты,
  • низкий уровень фазовых шумов,
  • встроенный входной аттенюатор и преселектор,
  • автоматизация косвенных измерений по спектру,
  • многофункциональное программное обеспечение Graphit,
  • интерфейс с компьютером Ethernet 10/100.

Векторный анализатор цепей Obzor-103

Основные характеристики:

  • рабочий диапазон частот 0,3 МГц…1,3 ГГц,
  • измерение S-параметров радиотехнических устройств: комплексного коэффициента передачи и отражения,
  • основной тракт 50 Ом (тип N), дополнительно возможно измерение в тракте 75 Ом (16/4,6 мм),
  • высокая точность измерений при использовании коррекции систематических погрешностей,
  • измерение систем с переносом частоты и диплексоров,
  • управление и получение результатов измерения на внешнем компьютере.

Векторный импульсный измеритель характеристик цепей Р4-И-01

Технические характеристики при измерениях во временной области
Минимальная длительность тестового видеоимпульса по уровню его
0,1 амплитуды, нс, не более
17,3
Встроенная линия задержки, нс 100 ± 2,5
Минимальный интервал дискретизации, нс 4
Отношение амплитуды видеоимпульса к среднеквадратическому значению шума в рефлектограмме при полном отражении сигнала, дБ 45 (без усреднения)
65 (с усреднением по 128 измерениям)

Технические характеристики при измерениях в частотной области
Диапазон частот, МГц 0…25
Динамический диапазон измерения обратных потерь в диапазоне частот 0…25 МГц
при усреднении по 128 измерениям, дБ
32
Динамический диапазон измерения прямых потерь в диапазоне частот 0…25 МГц
при усреднении по 128 измерениям, дБ
62
Пределы допускаемой основной погрешности измерения модуля импеданса
при усреднении по 128 измерениям, %
± 4
Пределы допускаемой основной погрешности измерения КСВ при КСВ не более 2
при усреднении по 128 измерениям, %
± 2,5
Пределы допускаемой основной погрешности измерения вносимого ослабления
при усреднении по 128 измерениям, дБ
± 1

Измеритель иммитанса Е7-20

Измеряемые параметры: индуктивность (Ls, Lp), ёмкость (Сs, Сp), сопротивление (Rs, Rp), проводимость (Gp), фактор потерь (D), добротность (Q), модуль комплексного сопротивления Z, реактивное сопротивление (Xs), угол фазового сдвига, ток утечки (I).

Основные технические характеристики:

  • диапазон рабочих частот 25 Гц – 1МГц,
  • базовая погрешность 0,1 %,
  • 5-разрядный индикатор,
  • автоматический и ручной выбор пределов измерения,
  • математическая обработка результатов измерений,
  • интерфейс RS-232С.

Измеритель комплексных коэффициентов отражения и передачи Р4М-18

Технические характеристики:

  • диапазон рабочих частот 0,01 ГГц – 18 ГГц,
  • динамический диапазон системы не менее 100 Дб,
  • возможность полной двухпортовой калибровки,
  • измерение матрицы S-параметров за одно присоединение устройства,
  • фильтрация и анализ во временной области,
  • стробируемые измерения,
  • измерительные тракты в сечениях 7/3 мм, 3,5/1,5 мм и 2,92/1 мм,
  • режим работы высокостабильного синтезированного генератора СВЧ с шагом 1 Гц,
  • управление и получение результатов измерения на внешнем компьютере,
  • интерфейс LAN.

Установки

Установка для антенных измерений

Структурная схема комплекса для антенных измерений: А1 - передающая антенна, АИ – исследуемая антенна, ОПУ – опорно-поворотное устройство.

Измерительный комплекс позволяет проводить измерения диаграммы направленности антенн в частотной области. Используя временную селекцию сигналов измерения, можно проводить измерения в лабораторных условиях.

Установка для измерения электрических параметров диэлектриков резонаторным методом

Установка состоит из набора цилиндрических объёмных резонаторов (ЦР), скалярного анализатора параметров цепей Р2М-18 и персонального компьютера. Предназначена для измерения методом малых возмущений в диапазоне СВЧ диэлектрической проницаемости и потерь изоляционных материалов.

      

Установка для измерения электрических параметров материалов на проход

Партнёры лаборатории

  

Контактная информация

Научный руководитель – доцент Алексей Викторович Фатеев
Адрес: ул. Вершинина, 47, корпус РК, ауд. 332
Тел.: (3822) 701-518
E-mail: fateevav@svch.tusur.ru

Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника» Учебно-научная лаборатория ГПО «СВЧ-электроника»