Способ управления пьезокерамическим элементом, например, в фазовращателе

 

Использование: в радиотехнике, радиолокации и радиосвязи. Сущность изобретения: способ управления пьезокерамическим элементом, например, в фазовращателе, заключается в формировании дополнительных импульсов напряжения, обеспечивающих устранение свободных механических колебаний пьезокерамического элемента в процессе его переключения. Длительность дополнительного импульса напряжения равна τ(0,9 1,1) T_o/6 где T_o период основных механических колебаний пьезокерамического элемента фазовращателя. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике.

Известен способ управления пъезокерамическим элементом фазовращателя, заключающийся в циклической подаче управляющего импульса и импульса сброса в исходное состояние и охвате пьезокерамического элемента фазовращателя отрицательной обратной связью для увеличения декремента затухания свободных механических колебаний фазорегулирующего элемента, возникающих при переключениях фазовращателя.

Недостатком этого способа является недостаточное быстродействие и наличие фазовой ошибки из-за затухающих механических колебаний фазорегулирующего элемента.

Известен также способ управления пьезокерамическим элементом, например, в фазовращателе, заключающийся в циклической подаче управляющего импульса и импульса сброса в исходное состояние, а также устранении свободных механических колебаний пьезокерамического элемента. Устранение колебаний основано на выборе постоянной цепи заряда емкости пьезокерамического элемента, уменьшающей амплитуду этих колебаний, и затухании колебаний в течение некоторого времени.

Недостатком этого способа является также недостаточное быстродействие и наличие фазовой ошибки из-за затухающих механических колебаний фазорегулирующего элемента.

Цель изобретения повышение быстродействия и точности установки фазового состояния фазовращателя.

Это достигается тем, что при способе управления пьезокерамическим элементом, например, в фазовращателе, заключающемся в циклической подаче управляющего импульса и импульса сброса в исходное состояние, а также устранении свободных механических колебаний пьезокерамического элемента, устранение свободных механических колебаний пьезокерамического элемента обеспечивают подачей дополнительного импульса перед подачей импульса управляющего напряжения и после его прекращения, при этом длительность дополнительного импульса τ равна длительности временного промежутка между окончанием дополнительного импульса и началом импульса управляющего напряжения, а также окончанием импульса управляющего напряжения и началом дополнительного импульса и выбрана из условия τ= (0,9.1,1) Т_о/6, где Т_о период основных механических колебаний пьезокерамического элемента фазовращателя.

На фиг. 1 изображены кривые управляющих импульсов напряжения на емкости пьезокерамического элемента и его переключения; на фиг.2 циклические кривые управляющих импульсов напряжения на емкости пьезокерамического элемента и его переключения.

При переключении пьезокерамического элемента, например, в составе пьезокерамического фазовращателя возникают его свободные механические колебания. Для их устранения предлагается использовать дополнительный импульс напряжения. При этом для однозначности установки фазового состояния вследствие гистерезиса пьезокерамики необходимо подавать импульс сброса и приводить пьезокерамический элемент в исходное состояние.

Рассмотрим действие дополнительного и управляющего импульсов напряжения в соответствии с кривой 1. Длительность дополнительного импульса равна t_з, длительность временного промежутка между окончанием дополнительного импульса и началом импульса управляющего напряжения равна τ_и. Кривая 2 при этом представляет изменение напряжения U_с на электродах пьезокерамического элемента. Анализ показывает, что для устранения свободных механических колебаний пьезокерамического элемента параметры t_з и τ_идолжны быть равны t_з τ_и=τ=T_o/6,где Т_о период основных механических колебаний пьезокерамического элемента фазовращателя. В этом случае переключение пьезокерамического элемента производится плавно в соответствии с кривой 3 за время переключения t_n ≈T_o/3. При этом изменение tз и τ_и на ± 10% от Т_о/6 приводит к свободным механическим колебаниям пьезокерамического элемента, амплитуда которых достигает ± 14% от выставляемого значения у_о. Выход величин t_з и τ_и за указанные пределы недопустим, так как приводит к большой фазовой ошибке, превышающей ±50^о (для максимального фазового сдвига в 360^о).

На практике пьезокерамический элемент фазовращателя работает в периодическом режиме. Поэтому дополнительный импульс должен быть введен и при сбросе пьезокерамического элемента в исходное состояние. На фиг.2 представлено кривыми 4, 5, 6 действие способа (период цикла равен Т). В течение времени Т₁ происходит переключение за время t_n и фиксация требуемого фазового состояния, в течение времени Т₂ сброса фазовращателя за время t_n и фиксация его в исходном состоянии, соответствующем, например, напряжению U_y 0. Кривой 4 соответствуют дополнительные и управляющие импульсы напряжения, кривой 5 соответствует напряжение U_c на электродах пьезокерамического элемента, кривой 6 соответствует зависимость вносимого фазового сдвига фазовращателя от времени. Значение фазового состояния зависит от амплитуды управляющего импульса напряжения U_у. На фиг.2 изображена установка двух различных фазовых состояний ϕ₁иϕ₂.

Способ целесообразно использовать в фазированных антенных решетках (ФАР) или оптически сканирующих устройствах на основе пьезокерамических фазовращателей для повышения быстродействия и улучшения точностных и энергетических характеристик.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ, НАПРИМЕР, В ФАЗОВРАЩАТЕЛЕ, заключающийся в циклической подаче управляющего импульса и импульса сброса в исходное состояние, а также устранении свободных механических колебаний пьезокерамического элемента, отличающийся тем, что устранение свободных механических колебаний пьезокерамического элемента обеспечивают подачей дополнительного импульса перед подачей импульса управляющего напряжения и после его прекращения, при этом длительность дополнительного импульса τ равна длительности временного промежутка между окончанием дополнительного импульса и началом управляющего напряжения, а также окончанием импульса управляющего напряжения и началом дополнительного импульса и выбрана из условия t = (0,9÷1,1)T_o/6 , где T₀ период основных механических колебаний пьезокерамического элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2