RU2044373C1

RU2044373C1 - Method of control over piezoceramic element in phase inverter

Info

Publication number: RU2044373C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Дякин; В.А. Левин; А.И. Шалякин
Original assignee: Шалякин Александр Иванович
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: method of control over piezoceramic element in phase inverter, for instance, consists in formation of additional voltage pulses ensuring suppression of free mechanical vibrations of piezoceramic element in process of its switching over. Length of additional voltage pulse is equal to τ=(0.9.1.1)T_o/6, where T_o is period of principle mechanical vibrations of piezoceramic element of phase inverter. EFFECT: enhanced efficiency of control. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике. The invention relates to radio engineering.

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. A known method of controlling the piezoceramic element of the phase shifter, which consists in cyclic supply of the control pulse and the reset pulse to the initial state and coverage of the piezoceramic element of the phase shifter with negative feedback to increase the attenuation decrement of free mechanical vibrations of the phase shifting element that occurs when the phase shifter is switched.

Недостатком этого способа является недостаточное быстродействие и наличие фазовой ошибки из-за затухающих механических колебаний фазорегулирующего элемента. The disadvantage of this method is the lack of speed and the presence of phase errors due to damping mechanical vibrations of the phase-regulating element.

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. There is also a known method of controlling a piezoceramic element, for example, in a phase shifter, which consists in cyclic supply of a control pulse and a reset pulse to its initial state, as well as eliminating free mechanical vibrations of the piezoceramic element. The elimination of oscillations is based on the choice of a constant circuit of the charge of the capacitance of the piezoceramic element, which reduces the amplitude of these oscillations, and the damping of the oscillations for some time.

Недостатком этого способа является также недостаточное быстродействие и наличие фазовой ошибки из-за затухающих механических колебаний фазорегулирующего элемента. The disadvantage of this method is the lack of speed and the presence of phase errors due to damping mechanical vibrations of the phase-regulating element.

Цель изобретения повышение быстродействия и точности установки фазового состояния фазовращателя. The purpose of the invention is the increase in speed and accuracy of installation of the phase state of the phase shifter.

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.This is achieved by the fact that with the method of controlling the piezoceramic element, for example, in the phase shifter, which consists in cyclic supply of the control pulse and the reset pulse to the initial state, as well as eliminating the free mechanical vibrations of the piezoceramic element, eliminating the free mechanical vibrations of the piezoceramic element provides an additional impulse before applying pulse control voltage and after its termination, while the duration of the additional pulse τ is equal to the length nosti time interval between the end of the additional pulse and the beginning pulse of the control voltage, and the pulse end of the control voltage and the start pulse and the additional conditions selected from τ = (0,9.1,1) _of T / 6 where T is the basic period _of mechanical oscillation of the piezoceramic element phase shifter.

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. In FIG. 1 shows the curves of the control voltage pulses on the capacitance of a piezoelectric ceramic element and its switching; figure 2 cyclic curves of the control voltage pulses on the capacitance of the piezoelectric element and its switching.

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. When switching a piezoceramic element, for example, as part of a piezoceramic phase shifter, its free mechanical vibrations occur. To eliminate them, it is proposed to use an additional voltage pulse. For the sake of unambiguity in setting the phase state due to hysteresis of piezoceramics, it is necessary to apply a reset pulse and bring the piezoceramic element to its original state.

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).Consider the action of the additional and control voltage pulses in accordance with curve 1. The duration of the additional pulse is t _s , the duration of the time interval between the end of the additional pulse and the beginning of the control voltage pulse is τ _and . Curve 2 in this case represents the change in voltage U _s at the electrodes of the piezoelectric ceramic element. The analysis shows that to eliminate free mechanical vibrations of the piezoceramic element, the parameters t _s and
τ _and should be equal to t _s τ _and = τ = T _o / 6, where T is _the period of the main mechanical vibrations of the piezoceramic element of the phase shifter. In this case, the switching of the piezoceramic element is performed smoothly in accordance with curve 3 during the switching time t _n ≈T _o / 3. Moreover, a change in tz and τ _and by ± 10% from T _o / 6 leads to free mechanical vibrations of the piezoceramic element, the amplitude of which reaches ± 14% of the set value of y _o . Output values _of t and τ _and the specified limits is unacceptable, because it leads to a large phase error exceeding ± ⁵⁰ ° (for maximum phase shift of 360 ^o).

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.In practice, the piezoceramic element of the phase shifter operates in a periodic mode. Therefore, an additional pulse should be introduced when the piezoceramic element is reset to its original state. Figure 2 presents the curves 4, 5, 6, the action of the method (the cycle period is equal to T). During time T ₁ , switching occurs during time t _n and fixing of the required phase state, during time T _{2 of} resetting the phase shifter during time t _n and fixing it in the initial state, corresponding, for example, to voltage U _y 0. Curve 4 corresponds to additional and control voltage pulses, curve 5 corresponds to the voltage U _c on the electrodes of the piezoelectric ceramic element, curve 6 corresponds to the dependence of the introduced phase shift of the phase shifter on time. The value of the phase state depends on the amplitude of the control voltage pulse U _у . Figure 2 shows the installation of two different phase states φ _{1 and} φ ₂ .

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. It is advisable to use the method in phased array antennas (PAR) or optically scanning devices based on piezoceramic phase shifters to increase speed and improve accuracy and energy characteristics.

Claims

METHOD FOR CONTROL OF A Piezoceramic element, for example, in a phase shifter, which consists in cyclic supply of a control pulse and a reset pulse to the initial state, as well as elimination of free mechanical vibrations of the piezoceramic element, characterized in that the elimination of free mechanical vibrations of the piezoceramic element provides feed voltage and after its termination, while the duration of the additional pulse τ is equal to the duration time interval between the end of the additional pulse and the beginning of the control voltage, as well as the end of the control voltage pulse and the beginning of the additional pulse, and is selected from the condition t = (0.9 ÷ 1.1) T _o / 6, where T _{0 is the} period of the main mechanical vibrations of the piezoceramic element .