Конструкторская модернизация средств измерения предельной частоты СВЧ умножительных полупроводниковых диодов
Целью работы является конструкторская модернизация установки измерения предельной частоты СВЧ умножительных диодов с целью повышения точности средств измерений и автоматической обработки результатов.
В результате исследований был проведен анализ средств измерений метрологических характеристик диодов. На основе ГОСТ 19656.9-79 была разработана методика измерения предельной частоты СВЧ умножительных полупроводниковых диодов с применением современного измерительного оборудования. Было разработано программное обеспечение, которое позволило значительно сократить время измерения параметров диодов, увеличить функционал и повысить производительность средства измерений.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14
1 Полупроводниковые СВЧ диоды ………………………………………………………….. 17
1.1 Классификация полупроводниковых СВЧ диодов………………………….. 17
1.2 Умножительные СВЧ диоды …………………………………………………………. 22
2 Установка измерения предельной частоты СВЧ диодов ………………………… 27
2.1 Технические характеристики установки ………………………………………… 28
2.2 Устройство и работа установки ……………………………………………………… 28
2.3 Комплектность измерителя КСВН панорамного Р2-54 …………………… 31
2.4 Принцип работы составных частей установки ……………………………….. 32
2.5 Камера диодная …………………………………………………………………………….. 35
2.6 Постановка задач конструкторской модернизации …………………………. 36
3 Конструкторская модернизация установки ……………………………………………. 38
3.1 Изменение аппаратной части установки ………………………………………… 39
3.1.1 Методика расчета относительной погрешности измерений
предельной частоты диодов ………………………………………………………………. 40
3.1.2 Принцип работы модернизированной установки ……………………… 42
3.2 Работа программного обеспечения ………………………………………………… 45
3.2.1 Описание панелей программы Р2-137 ……………………………………… 47
3.2.2 Работа с панелями …………………………………………………………………… 48
3.2.3 Алгоритм вычисления предельной частоты СВЧ диода ……………. 49
3.3 Проверка работоспособности установки ………………………………………… 50
3.4 Внесение изменений в конструкторскую документацию………………… 51
3.5 Результаты конструкторской модернизации установки ………………….. 52
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 54
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ……………………………………………………………………………….. 54
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………….. 58
4.3 Планирование проекта…………………………………………………………………… 59
4.4 Оценка эффективности от внедрения разработки …………………………… 69
5 Социальная ответственность ………………………………………………………………… 71
5.1 Производственная безопасность ……………………………………………………. 71
5.2 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 79
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 82
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 84
Список литературы ………………………………………………………………………………….. 85
Приложение А (обязательное) ………………………………………………………………… 89
Номенклатура выпускаемых промышленностью полупроводниковых
СВЧ диодов широка и назначение их весьма разнообразно. Они нашли свое
применение в различной радиоэлектронной аппаратуре, генерирующей
электромагнитные колебания на частотах в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.
СВЧ диоды используются в различной измерительной технике, которая
работает в СВЧ диапазоне. Электромагнитные колебания диапазона СВЧ
получили свое применение в различной технике благодаря ряду физических
особенностей, которыми они обладают. Самая главная особенность таких
колебаний заключается в том, что по характеру распространения они схожи со
световыми волнами. Схожесть заключается в том, что электромагнитные
колебания, как и световые волны, могут проникать сквозь всю атмосферу [1].
Основными параметрами СВЧ диодов, которые будут рассматриваться
в ходе работы, являются предельная частота и добротность. При производстве
СВЧ диодов и контроле этих параметров существуют проблемы, связанные с
отсутствием готовых средств измерений, также измерения занимают много
времени, что сказывается при контроле на приемосдаточных испытаниях СВЧ
диодов. В нашем случае такая установка была уже разработана в 1983 году.
Средства измерения, которые использовались ранее, устарели, они не
позволяют автоматизировать установку, и имеют малую точность измерения
предельной частоты СВЧ диодов. При выходе средства измерения из строя,
отремонтировать или купить новые средства измерения достаточно
проблематично. Для измерения требуемых параметров в диапазоне от 3,2 до
8,1 ГГц требуется использовать два разных генератора, что не совсем удобно.
Поэтому перед производителями стоит задача по разработке единого
средства измерения для контроля предельной частоты и добротности. Для
решения возникших проблем была предложена конструкторская
модернизация установки для измерения требуемых параметров. Было
разработано программное обеспечение, которое позволяет значительно
сократить время измерений, увеличить функционал и повысить
производительность средства измерения. Конструкторская модернизация была
проведена в рамках предприятия «Научно исследовательского института
полупроводниковых приборов» (далее – НИИПП).
Целью работы является повышение точности средств измерений
предельной частоты умножительных СВЧ диодов путем конструкторской
модернизации экспериментальной установки и автоматизации обработки
результатов измерений.
Задачи работы:
1 Сформулировать требования к конструкторской модернизации
экспериментальной установки измерения предельной частоты СВЧ диодов.
2 Разработать структурную схему модернизированной
экспериментальной установки, осуществить монтаж установки.
3 Провести разработку алгоритмов программного обеспечения
автоматизации работы установки.
4 Провести тестирование функциональности модернизированной
экспериментальной установки, определить ее технические и метрологические
характеристики.
Предмет исследования: динамические характеристики
умножительных полупроводниковых СВЧ диодов.
Объектом исследования: является методика измерения предельной
частоты умножительных полупроводниковых СВЧ диодов, основанная на
ГОСТ 19656.9-79.
Новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые
в рамках производственной и научно-исследовательской деятельности
НИИПП конкретно для тестирования АЧХ умножительных
полупроводниковых СВЧ диодов использована автоматизированная
экспериментальная установка.
Практическая значимость работы обусловлена достигнутым
повышением точности измерения АЧХ умножительных полупроводниковых
СВЧ диодов, увеличением производительности экспериментальной установки.
Реализация и апробация работы – результаты работы используются
научных исследованиях и в производственном процессе НИИПП.
1 Полупроводниковые СВЧ диоды
Постоянное стремление понять принцип работы каждого элемента
схемы особенно впервые появляющихся на участке, умение читать и
составлять структурные схемы установок, умение делать необходимые
расчеты, требующиеся в процессе измерения, овладение всеми методами
самоконтроля быстро приводят к росту профессионального мастерства, и
создают основу для повышения точности измерений требующихся
параметров.
При анализе методики измерения предельной частоты, разработанной
по ГОСТ 19656.9-79, была предложена новая методика измерений
предельной частоты и добротности СВЧ диодов. Методика, разработанная в
1987 году, была основана на измерителе КВСН панорамном Р2-54. В ходе
анализа измеритель КВСН панорамный Р2-54 был заменен на измеритель
КСВН панорамный Р2-137, который имеет границ допускаемой погрешности
отсчета и установки частоты выходного сигнала встроенного генератора не
более 10-5 от текущей частоты, что на три порядка меньше чем у измерителя
КСВН панорамного Р2-54. В результате замены СИ, были уменьшены
результаты погрешности измерения предельной частоты СВЧ диодов с 11 %
до 7 %.
На установке, которая работала на измерителе КСВН панорамном Р2-
54, измерения предельных частот СВЧ диодов были косвенными, поэтому
обработка результатов занимала в среднем 2 мин. Для решения этой задачи
было разработано ПО, которое позволило сократить время обработки
результатов в среднем до 2 с.
1 ГусятинерМ.С.,ГорбачевА.И.Полупроводниковые
сверхвысокочастотные диоды. – М.: Радио и связь, 1983. –224 с.
2 СВЧ полупроводниковые приборы и их применение/ Под ред. Г.
Уотсона: Пер. с англ./ Под ред. В.С. Эткина. М.: Мир, 1972. – 662 с.
3 Электронно-дырочный переход и процессы, в нем происходящие. –
Режим доступа: http://mydocx.ru/.
4 Пильдон В.И., Визель А.А. полупроводниковые диоды для
умножения частоты. – В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение/
Под ред. Я.А. Федотова. – М.: Сов. Радио, 1970, вып. 23, с. 82-108.
5 Пильдон В.И. полупроводниковые умножительные диоды. – М.:
Радио и связь, 1981. – 136 с.
6 Запорожец Д. В. Моделирование и исследование процессов в
оптико-микроволновом модуляторе на основе резонансных структур:
диссертация кандидата физико-математических наук: 01.04.05. – Краснодар,
2006. – 234 с.: ил.
7 УсановД.А.,ЯфаровР.К.Исследованиеэффективности и
равномерности возбуждения волноводно-резонаторных СВЧ устройств для
вакуумно-плазменнойобработкиматериаловнаширокоформатных
носителях: Учеб. пособие для студ. фак. Нано и биомедицинских технологий.
– Изд-во Сарат. ун-та, 2013.- 37 с.: ил.
8 Антонец И.В. Физика волновых процессов и явлений. Часть первая.
Сыктывкар: Изд-во Сыктывкарского университета, 2008. 104 с.
9 Изюмова Т.И., Свиридов В.Г. Волноводы, коаксиальные и
полосковые линии. – М.: Энергия, 1975. – 112 с.
10 Ефимов И.Е. Шермина Г.А. Волноводные линии передачи. – М.:
Связь, 1979. – 231 с.
11 Информатика и вычислительная техника: сборник научных трудов
6-й Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, студентов
и молодых ученых ИВТ-2014/ под общей ред. В. Н. Негоды. – Ульяновск:
УлГТУ, 2014. – 502 с.
12 Коннэлл Дж. Visual Basic 6. Введение в программирование баз
данных: Пер. с англ. – М.: ДМК, 2000. – 720 с: ил. (Серия «Для
программистов»).
13 Культин Н.Б. Visual Basic. Освой на примерах. — СПб.: БХВ –
Петербург, 2004. – 288 с.
14 Гаврикова Н.А. Г123 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность
и ресурсосбере-жение: учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р.
Тухватули-на, И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский
политехни-ческий университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического
уни-верситета, 2014. – 73 с.
15 СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений. – М.: Информационно-издательский центр
Минздрава России, 1997.
16 СанПиН 2.2.2/2.4.1340 – 03. Санитарно – эпидемиологические
правилаинормативы«Гигиеническиетребованиякперсональным
электронно- вычислительным машинам и организации работы».
17 СП 23-103-2003 Проектирование звукоизоляции ограждающих
конструкций жилых и общественных зданий.
18 СанПиН2.2.1/2.1.1.1278-03Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и
общественных зданий.
19 СанПиН2.2.2/2.4.1340-03Гигиеническиетребованияк
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
20 Безопасностьжизнедеятельности:учебноепособие/О.Б.
Назаренко, Ю.А. Амелькович; Томский политехнический университет. – 3-е
изд., перераб. И доп. – Томск: Издательство Томского политехнического
университета, 2013. – 178 с.
21 ФЗ “Об охране окружающей среды” от 10.01.2002 N 7-ФЗ
[Электронный ресурс]: Электронный фонд правовой и нормативно-
технической документации. – Режим доступа: ttp://www.consultant.ru/popular/okrsred.
22 ФЗ «Об охране атмосферного воздуха” от 04.05.99 М 96-ФЗ
[Электронный ресурс]: Электронный фонд правовой и нормативно-
технической документации. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/popular/okrsred.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (298 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
5 (8 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4 (15 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
