автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Анализ и оптимизация широкополосных устройств и антенн на основе нерегулярных структур комбинированного типа

На правах рукописи

Лощилов Антон Геннадьевич

□03454323

АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСТРОЙСТВ И АНТЕНН НА ОСНОВЕ НЕРЕГУЛЯРНЫХ СТРУКТУР КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА

Специальность 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2008

003454323

Работа выполнена на кафедре Телекоммуникации и основ радиотехники (ТОР) Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Филатов Александр Владимирович

доктор технических наук, профессор Разинкин Владимир Павлович

кандидат физико-математических наук, Буянов Юрий Иннокентьевич

Московский государственный институт электроники и математики (МИЭМ) (технический университет)

Защита состоится «23» декабря 2008 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д212.268.01 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, проспект Ленина, 40, ауд. 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан « 20 » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.268.01 доктор технических наук, профессор

А. В. Филатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание систем связи, радиолокации и радионавигации, работающих в различных диапазонах волн, потребовало в последние годы разработки широкополосных, с перекрытием по частоте 20:1 и более, функциональных устройств, приемных и передающих антенн. Развитие широкополосных систем обусловлено повышением требований к помехозащищенности передачи информации и применением шумоподобных сигналов в технике связи и радиолокации. Вопросам исследования и разработки широкополосных устройств посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов.

Традиционным путем расширения полосы рабочих частот ВЧ и СВЧ устройств является применение в их составе отрезков нерегулярных линий передачи (НЛП), первичные параметры которых зависят от продольной координаты. Одними из первых в данном направлении были работы A. JI. Фельдштейна, в дальнейшем данное направление получило развитие в работах В.П. Мещанова, Б.М. Каца, И.Н. Салия. Спектральный подход к анализу и синтезу устройств на неоднородных линиях передачи изложен в работах О.Н. Литвиненко, В.В. Козловского, В.И. Сошникова. Синтезу устройств на основе ступенчато-нерегулярных линий передачи посвящены работы Б.А. Беляева, A.A. Лексикова, В.В. Тюрнева, R. Levy и других авторов. В некоторых частных случаях отрезки НЛП могут вырождаться в сосредоточенно-распределенные или "несоразмерные" цепи, подходы к анализу и синтезу которых изложены в работах М. Я. Воронина и В.Р. Шлее.

К настоящему моменту достаточно обстоятельно разработана теория ступенчато-нерегулярных и плавно-нерегулярных линий передачи. Разработана общая теория нерегулярных связанных линий (НСЛ), в том числе и с неуравновешенной электромагнитной связью. Известны работы по анализу и оптимизации распределенных устройств и антенн, содержащих элементы с сосредоточенными параметрами. Однако проектирование устройств на основе комбинированных структур, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи с произвольным законом изменения первичных параметров и сосредоточенные или квазисосредоточенные корректирующие и согласующие элементы различных типов все еще остается сложной задачей.

Один из путей решения обозначенной проблемы - разработка алгоритмов анализа и оптимизации устройств на основе нерегулярных структур комбинированного типа, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи с произвольным законом изменения первичных параметров и сосредоточенные или квазисосредоточенные корректирующие и согласующие элементы различных типов.

Создание эффективных алгоритмов анализа и оптимизации устройств на основе структур комбинированного типа является актуальной задачей и будет способствовать повышению качественных характеристик и сокращению затрат на разработку.

Цель работы. Анализ, экспериментальные исследования и оптимизация комбинированных структур, содержащих нерегулярные связанные линии передачи произвольной формы и сосредоточенные корректирующие включения.

Задачи исследования. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач.

1. Разработка алгоритмов численного анализа структур, содержащих нерегулярные связанные линии передачи произвольной формы и сосредоточенные корректирующие включения.

2. Разработка моделей функциональных устройств на основе нерегулярных комбинированных структур.

3. Разработка программного обеспечения для проектирования устройств и систем на основе нерегулярных комбинированных структур.

4. Экспериментальные исследования комбинированных структур, в том числе во временной области в режиме импульсного воздействия.

5. Оптимизация частотных характеристик комбинированных устройств на основе разработанных моделей, алгоритмов анализа и результатов экспериментальных исследований.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применяются методы теории линейных электрических цепей, матричной алгебры, вычислительной математики. При создании комплекса программ использовались методы объектно-ориентированного и модульного программирования. Проверка основных теоретических положений осуществлялась на основе экспериментальных исследований изготовленных опытных образцов и макетов.

Научная новизна работы определяется следующим.

1. Предложен алгоритм численного анализа структур комбинированного типа, содержащих нерегулярные связанные линии передачи с произвольной зависимостью первичных параметров от продольной координаты и корректирующие сосредоточенные или квазисосредоточенные элементы.

2. Разработаны модели и алгоритмы решения внутренней задачи анализа вибраторных комбинированных антенных систем декаметрового диапазона длин волн (ДКМВ), включающих в себя элементы фидерного тракта, согласующе-симметрирующие устройства, корректирующие фильтры и другие устройства.

3. Показано, что применение корректирующих сосредоточенных элементов в составе нерегулярных вибраторов комбинированных антенн и оптимизация профиля вибраторов позволяет расширить полосу рабочих частот антенны. Новизна технических решений подтверждается патентами [1,2].

4. Реализован расчетно-экспериментальный метод оптимизации входных частотных характеристик комбинированных антенн по результатам измерений характеристик антенны во временной области при импульсном воздействии.

Практическая ценность.

1. Разработанное программное и аппаратное обеспечение позволило реализовать расчетно-экспериментальный метод оптимизации параметров комбинированных антенн диапазона ДКМВ. В результате оптимизации создано несколько образцов широкополосных комбинированных антенн с перекрытием по частоте 20:1.

2. Созданы образцы согласующе-симметрирующих трансформаторов, устройств согласования на неминимально-фазовых фильтрах. Разработаны макеты фильтров поглощающего типа.

3. Разработаны алгоритмы измерений, программное и аппаратное обеспечение для проведения измерений характеристик цепей во временной области с последующим вычислением частотных характеристик.

4. Созданные модели и алгоритмы анализа, изложенные в диссертационной работе, легли в основу оригинального программного обеспечения:

• программа анализа входных частотных характеристик проволочных комбинированных антенн 31УЯ21У;

• программа синтеза согласующих устройств на основе секций неминимально-фазовых фильтров Ма1ск РГгмг^;

• программное обеспечение для анализа управляющих секций на отрезке связанных линий передачи СоирШЫпеБтиШог,

• программа У/Р-Ыпе, позволяющая осуществлять параметрический синтез топологии микрополосковых связанных линий с вертикальной вставкой по заданным требованиям на конструктивные и электрические параметры.

• программа 5ет(А^1е для анализа первичных погонных параметров линии с лицевой связью методом конформных отображений.

Реализация и внедрение результатов исследований. Работа выполнена на кафедре телекоммуникации и основ радиотехники Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Достижения практического характера, в которых используются полученные автором результаты, внедрены в ФГНУ ГНТЦ "Наука" (г. Москва). Результаты работы используются в учебном процессе в Оренбургском государственном университете на кафедре "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники на кафедрах: 'Телекоммуникации и основ радиотехники", "Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга", "Радиоэлектроники и защиты информации", "Сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники".

Результаты работы использованы при мелкосерийном производстве приборов "Векторный импульсный измеритель характеристик цепей Р4-И-01" и программного обеспечения "ИмпульсМ у. 1.0", "ИмпульсМ у.2.0" для анализа частотных характеристик цепей в импульсном режиме.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы представлялись на следующих конференциях и выставках:

• Всероссийская научно-технической конференция "Современные проблемы радиоэлектроники", г. Красноярск, 2002 г.

• Всероссийская научно-техническая конференция "Научная сессия ТУСУР", г. Томск, 2004,2005, 2007 гг.

• Международная научно-практическая конференция "Электронные средства и системы управления", г. Томск, 2004,2005,2007 гг.

• Международный конгресс-выставка "Global Education - Образование без границ - 2007", г. Москва, 2007 г.

• Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2008), г. Севастополь, 2008 г.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Предложенный рекурсивный алгоритм численного анализа волновых процессов в нерегулярных связанных линиях передачи, содержащих сосредоточенные неоднородности, обеспечивает вычисление распространяющихся квази-Т волн по известным значениям напряжений и токов в одном из сечений структуры и данных о параметрах конструкции связанных линий передачи без вычисления матриц собственных значений и собственных векторов.

2. Распределено-сосредоточенный характер рассматриваемых комбинированных структур обусловливает преимущество использования измерений характеристик цепей в импульсном режиме, с последующим вычислением частотных характеристик, при реализации расчетно-экспериментапьного метода оптимизации.

3. Совокупность предпринятых мер: применение нерегулярного профиля вибраторов; включение корректирующих фильтров; использование согласующе-симметрирующего устройства на входе позволяет расширить полосу рабочих частот комбинированной антенны и обеспечить перекрытие по частоте 20:1 при ограниченном уровне входного КСВ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 26 работ, в том числе 5 в журналах из перечня ВАК. Получен 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель. Результаты диссертационной работы отражены в 7-ми отчетах о НИР.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем работы составляет 210 страниц, включая 170 текста, а также 158 рисунков, 6 таблиц. Список литературы и используемых источников содержит 194 наименования. Общий объем приложений составляет 43 страницы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы, изложены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор методов анализа и синтеза распределено-сосредоточенных структур комбинированного типа. Описаны основные подходы к анализу и синтезу устройств на нерегулярных линиях передачи. Обоснована необходимость разработки алгоритмов численного анализа структур, содержащих нерегулярные связанные линии передачи произвольной формы и сосредоточенные корректирующие включения.

Во второй главе решается задача расчета волновых процессов в нерегулярных комбинированных структурах, содержащих отрезки связанных линий с неоднородными первичными параметрами и сосредоточенные неоднородности [3, 4]. Обобщенная эквивалентная схема комбинированной структуры (КС) приведена на рис. 1.

В основе развиваемого подхода лежит способ построения конечно-разностной схемы, в котором не накладывается ограничений на закон изменения первичных параметров по продольной координате. Для вычисления волновых параметров рассматриваемых связанных линий без учета сосредоточенных неоднородностей исходной является система дифференциальных уравнений, матричная форма записи которой имеет вид:

Рис 1 - Обобщенная эквивалентная схема нерегулярных структур комбинированного типа

— U(oj,jc) = -_/coL(*)I(x) - RO)I(x) дх

—Цш,х) = -v<oC(;t)U(;t) -G(i)U(i) ох

(1)

где V(ci>,x), I(m,x) - столбцовые матрицы напряжений и токов в связанных линиях;

Цл), С(х), R(x), G(x) - матрицы первичных параметров, зависящие от продольной координаты х.

Форма записи (1) позволяет существенно упростить задачу анализа без потери общности, т.к. при произвольной зависимости от времени t можно воспользоваться обратным преобразованием Фурье, и в этом случае ш рассматривается как одна из спектральных составляющих в разложении воздействующих сигналов и отклика в ряд Фурье.

Проблема интегрирования уравнений (1) состоит в том, что первичные параметры, напряжения и токи, как функции продольной координаты, в комбинированных структурах рассматриваемого класса разрывные вследствие наличия сосредоточенных неоднородностей и не являются дифференцируемыми в конечном числе точек, соответствующих точкам включения этих неоднородностей.

Для решения задачи интегрирования системы уравнений (1) с учетом сосредоточенных неоднородностей предложен и реализован рекурсивный метод анализа нерегулярных комбинированных структур. Подход основан на численном решении дифференциальных уравнений комбинированных структур. Для этого отрезки нерегулярных связанных линий (НСЛ) комбинированной структуры ¿,,Х2,.. ,Ьи разбиваются равномерной сеткой по координатех с шагом А*. Размер шага выбирается исходя из величины рабочей длины волны в линии и размеров сосредоточенных неоднородностей. Первичные параметры элементарных отрезков НСЛ, образованных в результате дискретизации комбинированной структуры, считаются постоянными внутри каждого шага разбиения Дх. При этом первая производная напряжений и токов в выражении (1) заменяется приближенным конечно-разностным выражением.

В работе исследовались способы численного решения телеграфных уравнений с заменой производной разностью "вперед":

5/(х„) /(х0)-/(лг„-Дх)

дх Дх '

а также с заменой производной "центральной" разностью: S/(x0) __ /(*„ + Ах) - f(x„ - Ах)

(2)

(3)

= и/ -dlk ' о zt IN

н.

и»..' Гим' -2-dl„ "0 Z, гч

'ы . JU.

дх 2 • Ах

В результате подстановки выражений (2) и (3) в систему (1) были получены матричные рекурсивные выражения (4) и (5) для вычисления напряжений и токов в структурах комбинированного типа.

(4)

(5)

где = J(!>Lk + - комплексные матрицы сопротивлений; У, = >)С, +с, - комплексные матрицы проводимостей; к - номер узла сетки.

Таким образом, параметры комбинированной структуры представляются множеством матриц комплексных погонных сопротивлений Ъ и проводимостей У, определяемых в узлах сетки, покрывающих отрезки НСЛ и сосредоточенные неоднородности. Учет сосредоточенных неоднородностей осуществляется на основе эквивалентного представления их "элементарным" отрезком линии передачи

Рис 2 - Эквивалентная схема сосредоточенной неоднородности в виде "элементарного" отрезка линии передачи

(см. рис.2). Такое эквивалентное представление сосредоточенных участков КС позволяет добиться однородности структуры конечно-разностных уравнений и упростить процедуру численного анализа таких структур. Для численного решения телеграфных уравнений комбинированных структур с использованием выражений для полных волн напряжений и токов (4), (5) необходимо и достаточно определить значения полных напряжений и<> и токов 10 в сечении л=0, соответствующем номеру узла сетки к= 0. Указанные величины могут быть определены экспериментально или в результате моделирования.

Разработанный алгоритм расчета входных параметров комбинированной структуры, а также напряжений и токов (и0,1о) на входе при заданных граничных условиях, состоит из следующих этапов:

1) структурная (блочная) дискретизация;

2) дискретизация отрезков нерегулярных связанных линий;

3) расчет погонных параметров элементарных отрезков НСЛ;

4) расчет матриц передачи отрезков НСЛ;

5) расчет матриц передачи сосредоточенных включений;

6) расчет полной матрицы передачи комбинированной структуры;

7) вычисление напряжений и токов на входе комбинированной структуры;

8) расчет распределения напряжений и токов.

В работе приводится алгоритм анализа комбинированных структур во временной области, который основывается на разработанных моделях и алгоритмах анализа КС и известном методе прямого и обратного преобразования Фурье.

Анализ сходимости конечно разностных алгоритмов на основе рекурсивных соотношений (4), (5) и оценка точности расчета волновых процессов осуществлялись путем сравнения результатов численного анализа с известным из работ Салия И. Н. аналитическим решением для отрезка канонической нерегулярной линии передачи (КНЛП). Отрезок КНЛП включался согласно схеме рис. 3 и описывался следующими параметрами: длина отрезка /=0.3 м; волновое сопротивление на входе линии р(0)=50 Ом; перепад волновых сопротивлений Я=Л, Коэффициент формы отрезка КНЛП к принимал значения: -2.5, -1.4, 0, 2.2, 8. Соответствую-

Рис. 3 - Схема включения отрезка КНЛП

щие этим коэффициентам зависимости ^ характеристического сопротивления от ом координаты по длине приведены на 240 рис. 4.

Для пяти коэффициентов формы КНЛП осуществлялся численный расчет частотных зависимостей напряжений и токов в линии. Результаты численного анализа сопоставлялись с результатами, полученными аналитически. Вычислялась относительная погрешность определения модуля напряжения на выходе отрезка нерегулярной линии передачи (НЛП), по формуле:

Í м

е= 1-р^Ц -100%

I м

где U¡„ - напряжение на выходе НЛП, полученное в результате численного решения;

U^ - напряжение на выходе НЛП, полученное в результате аналитического решения.

Результаты анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты вычислительного эксперимента

Рис. 4 - Зависимость волнового сопротивления от продольной координаты: 1: ¿=-2.5; 2: А=-1.4; 3- к=0; 4: к=2.2; 5:

Коэф. формы Соотношение для вычисления волновых процессов Число узлов разбиения (М)

10 | 20 | 50 | 100 | 200 500 | 1000

е,%

-2.5 (4) 603,5 195,5 54,3 24 11,3 4,35 2,15

(5) 19,9 3,7 0,49 0,12 0,03 0,0046 0,001

-1.4 (4) 573 184 52,3 23,3 11 4,2 2,1

(5) 27,9 5,26 0,7 0,17 0,04 0,0067 0,0016

0 (4) 517 168 49,5 22,2 10,5 4,1 2

(5) 35 6,9 0,95 0,23 0,057 0,009 0,0022

2.2 (4) 434 146 45,6 20,8 9,9 3,9 1,9

(5) 41,6 8,5 1,2 0,3 0,07 0,01 0,0028

8 (4) 388,4 П\ 39 18,4 8,9 3,48 1,73

(5) 54,2 10,3 1,44 0,35 0,089 0,014 0,0034

Результаты анализа позволяют говорить о хорошей сходимости предложенного конечно-разностного алгоритма. Сравнение погрешностей расчетов по рекурсивным выражениям (4) и (5) показало, что способ замены производной приближенным выражением для "центральной" производной имеет меньшую погрешность вычисления для всех рассматриваемых вариантов формы отрезка НЛП. При этом уже при 100 узлах разбиения отрезка НСЛ достигается погрешность вычисления напряжения на конце НСЛ < 0,5 %.

Приведен пример расчета комбинированной структуры, содержащей отрезки связанных нерегулярных проволочных линий и сосредоточенные неоднородности, образующие приемо-передающую антенну с согласующим снижением и V-образным излучателем над поверхностью Земли.

В третьей главе описываются разработанные модели широкополосных функциональных устройств и элементов антенн на основе структур комбинированного типа. Решаются следующие задачи:

• анализ волновых процессов в вибраторах комбинированных антенн;

• моделирование согласующе-симметрирующих трансформаторов сопротивлений;

• анализ и синтез устройств согласования на основе неминимально-фазовых фильтров;

• анализ цепочек поглощающего типа.

Описана разработанная модель широкополосной комбинированной антенны (КА) [5-9], содержащей: телескопическую мачту (1), согласующе-симметрирующий трансформатор (2), согласующее снижение (3), излучающие вибраторы (4), корректирующие фильтры (5). Внешний вид антенны приведен на рис. 5.

Рис 5 - Четырехпроводная комбинированная антенна Бивалентная схема комбиниро-

разработанных алгоритмов анализа проведен расчет зависимости входного КСВ антенны от частоты и распределения токов в вибраторах комбинированной антенны.

Разработана эквивалентная схема и модель согласующе-симметрирующего трансформатора (ССТ) [10, 11]. На эквивалентной схеме (см. рис. 6) через А1,...,А8 обозначены матрицы передачи каскадно-включенных шестнадцатипо-люсников описывающих подводящий фидер, отрезок связанных линий передачи и межсоединения.

В основе анализа комбинированных антенн лежит аналогия между излучающими вибраторами и отрезками линий передачи, которая заключается в том, что распределение токов в вибраторах антенны повторяет распределение токов в линии передачи с такими же эквивалентными параметрами. На основе квази-Т приближения разработана эк-

ванной антенны. С помощью

.хЯ—

2г4 ¿4!

А1

2 2

■сз-

2з •О

А2

5

АЗ

12 о

А4

г6

5

27 А5

5

г|

/ 2

А

\ / 3 *

Л .

/

А6

»21П I

5

2Н1

I

1

I I

Л8 !

I Грн4

Рис. 6 - Обобщенная схема согласующе-симметрирукяцего трансформатора Моделирование ССТ произведено таким образом, что в результате реализован подход к анализу комбинированных антенн как некой целостной системы с несимметричным входом, который соединяется с выходом приемо-передатчика без дополнительных устройств настройки антенны по входу.

Разработаны модели согласующих устройств на одиночной секции и цепочке каскадно-включенных секций неминимально-фазовых фильтров [12] на основе обобщенной модели секции на отрезках связанных линий, предложенной А.Н. Сычевым. В качестве базовых секций использовались секции на связанных линиях передачи типа С, N и Р (см. рис 7.).

г,

Ф—мщммт—?

г-ишщшш-

С-секщм №секцля Р-сскцня

Рис 7 - Секции неминимально-фазовых фильтров Дополнение модели комбинированной антенны моделью согласующего устройства позволило комплексно подойти к задаче согласования антенны. Проведенный численный эксперимент позволил подтвердить, высказанную Э.В. Семеновым возможность достижения локального согласования комбинированной антенны без ухудшения характеристик согласования в остальной полосе рабочих частот, с использованием неминимально-фазовых фильтров.

При проектировании радиометрических систем [16, 17] большое значение уделяется согласованию узлов системы между собой и устранению паразитных переотражений выделенного полезного сигнала. При этом система должна обеспечивать заданные селективные свойства. В работе решается задача анализа по-лосно-пропускающих фильтров поглощающего типа (ФПТ) [13] - частотно-селективных устройств, обеспечивающих согласование по входу во всей полосе рабочих частот. Для оценки предельно достижимых характеристик ФПТ, анализа

влияния параметров элементов ФПТ на частотные характеристики, а также понимания принципов работы цепей поглощающего типа была разработана модель базового звена идеального фильтра поглощающего типа. Схема базового звена фильтра приведена на рис. 8.

Фильтр состоит из отрезка связанных линий передачи и пары двухполюсников, включенных в его диагональные плечи. Входом / выходом фильтра является свободная пара плеч отрезка СЛ. Отрезок связанных линий передачи описывается следующими параметрами: коэффициентом электромагнитной связи к, волновым сопротивлением эффективными диэлектрическими пронипаемостями четного еЭфф е и нечетного режимов возбуждения Еэфф о, а также длиной /. В диагональные плечи отрезка включаются частот-нозависисимые нагрузки ?■„(/). В качестве частотнозависимых нагрузок выступали идеальные полосно-пропускающие и полосно-заграждающие фильтры-прототипы с максимально плоской амплитудно-частотной характеристикой, нагруженные на согласованное активное сопротивление. В ходе численного эксперимента варьировались следующие параметры ФПТ: коэффициент электромагнитной связи отрезков СЛ, топология проводников СЛ, относительная полоса заграждения режек-торных фильтров, подключенных к балластным нагрузкам, коэффициент неуравновешенности фазовой скорости. Анализировалось каскадное включение ФПТ и "классических" полосно-пропускающих фильтров.

На основании результатов анализа даны рекомендации к проектированию фильтров поглощающего типа и цепочек на их основе с оптимальными частотными свойствами.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований антенн и функциональных устройств на основе комбинированных структур. Особое место, при этом, занимает использование оригинального измерительного комплекса и программного обеспечения для диагностики параметров комбинированных структур.

На основании модели согласующе-симметрирующего трансформатора, описанного в третьей главе, был разработан макет устройства (см. рис. 9). Проведено экспериментальное

исследование [10] и измерение входных и про- ^ д Макет ССТ

ходных частотных характеристик (см. рис. 10).

Результаты экспериментальных исследований ССТ подтвердили применимость разработанной модели устройства для анализа характеристик и проектирования широкополосных согласующе-симметрирующих трансформаторов сопротивлений на связанных линиях передачи. Проведено уточнение модели ССТ путем сравнения экспериментальных результатов и данных численного эксперимен-

Рис. 8 - Схема базового звена ФПТ

та. Несимметрия напряжений на выходах ССТ по фазе не превышала 3 град при потерях в устройстве не более 0.5 дБ.

1 5 5 10 15 20 25 30 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

/. МГЦ / МГЦ

а) б)

Рис 10 - Частотные характеристики ССТ. а) частотная зависимость КСВ входа, б) фазочастотные характеристики

Приводятся результаты натурных испытаний комбинированных антенн диапазона ДКМВ [8, 9], производится сопоставление результатов измерений с результатами моделирования. Предлагается методика настройки и оптимизации параметров антенн комбинированного типа. Объектом исследований являются двухпроводная и четырехпроводная комбинированные антенны, а также их модификации.

Измеренные и расчетные частотные характеристики антенны приведены на рис. 11. Результаты моделирования показали хорошее совпадение с результатами анализа во всем диапазоне рабочих частот (1.5 - 30 МГц). Анализ измеренных и расчетных характеристик позволил установить, что среднее отклонение не превышает 10%. Разработанные алгоритмы и программы численного анализа нерегулярных связанных линий, позволили рассчитать распределение токов в согласующем снижении и вибраторах антенны.

¿МГц

Рис 11 - Сопоставление расчетных и экспериментальных характеристик КА

Рассчитанные значения токов в вибраторах комбинированной антенны (рис. 12) иллюстрируют процесс образования стоячих волн в антенне и позволяют подойти к задаче анализа поля излучения комбинированной антенной системы.

Распределение токов в вибраторах не удается исследовать путем прямых экспериментальных измерений, так как наличие датчиков в ближнем поле вибраторов приводит к сильному изменению распределения токов. Сравнение экспериментальных и расчетных данных, показанное на рис. 11, дает косвенное подтверждение адекватности модели комбинированных антенн. На взгляд автора, измерение параметров КА рассматриваемого типа в импульсном режиме позволит получить дополнительную информацию о параметрах вибраторов и сосредоточенных корректирующих включений.

Для уменьшения входного сопротивления вибраторов комбинированной антенны и улучшения согласования антенны во всей полосе частот было предложено использовать вместо одиночных вибраторов пару сдвоенных вибраторов, соединенных в точке подключения к согласующему снижению. Такая геометрия вибраторов антенны, наряду с выбором параметров корректирующих фильтров, позволила получить частотное разделение внутренней и внешней пар вибраторов антенны. На предложенную конструкцию комбинированной антенны получен патент на полезную модель [2].

Для настройки и диагностики комбинированных антенн, улучшения частотных свойств и уменьшения степени рассогласования по входу было предложено анализировать параметры антенн в импульсном режиме. Для анализа частотных и временных характеристик комбинированных антенн при импульсном воздействии был разработан программно-аппаратный комплекс [18 - 20] и прибор "Векторный импульсный измеритель характеристик цепей Р4-И-01".

Измеренные в импульсном режиме частотные характеристики антенны имеют хорошее согласование с характеристиками, измеренными классическим частотным анализатором. При этом измерение в импульсном режиме во временной области позволяет оценить не только интегральную частотную характеристику антенны по входу, но и получить пространственную картину отражений от каждого из элементов антенны. На основе анализа измеренных и рассчитанных временных и частотных характеристик комбинированных антенн была произведена оптимизация комбинированной антенны, целью которой была минимизация максимального КСВ антенны в диапазоне частот 1.5-30 МГц. В результате оптимизации была предложена антенна с модифицированной конфигурацией вибраторов, изображенная на рис. 13. На антенную систему получен патент на изобретение [1].

Рис. 12 - Распределение токов в двухпроводной комбинированной антенне

Рис. 13 - Предложенная комбинированная антенная система

Предложенная конфигурация вибраторов антенны и проводников согласующего снижения позволила уменьшить уровень паразитных отражений и, как результат, улучшить КСВ антенны в широком диапазоне частот. Сопоставление входных временных и частотных характеристик антенны-прототипа (с линейным профилем вибраторов) и предложенной комбинированной антенны приведено на рисунке 14.

0 75 а 0 25

-Плавный профиль - - - Линейный профиль

м.

--ПпзВНЫЙ ПРОФИЛЬ - - - Линейный профиль

\ /

А у

У УУ ••

015 03 0 45

075 0 9 1 05 П 135 15

9 12 15

21 24 27 30

I. ИКС /, МГц

а) б)

Рис. 14 - Сопоставление входных частотных и временных характеристик предложенной комбинированной антенны и антенны-прототипа: а) рефлектограммы антенн; б) частотные зависимости КСВ

Было показано, что применение метода импульсной рефлектометрии [20] (с последующим вычислением частотных характеристик) для диагностики нерегулярных комбинированных структур имеет преимущества перед классическим анализом в частотной области, так как позволяет выявить причины появления локальных отражений. Использование импульсного метода измерения наряду с применением математического моделирования позволило установить причину рассогласования при оптимизации параметров комбинированной антенны и предложить техническое решение, обеспечивающее уменьшение коэффициента отражения по входу в широкой полосе частот.

Также в работе, получены результаты экспериментальных исследований, целью которых был анализ эффективности применения фазовых фильтров (ФФ) в качестве цепей узкополосного (локального) и широкополосного согласования

комбинированных антенн. На основе разработанных математических моделей и программ синтеза был реализован макет согласующего устройства, имеющий симметричный вход и симметричный выход и состоящего из двух идентичных модифицированных Л'-секций. Параметры фильтра были получены в результате оптимизационного синтеза [14] в разработанной программе Магсктгага [15].

На рис. 15 приведены результаты измерений КС В четырехпроводной комбинированной антенны с включенным на входе согласующим устройством и без него. Результаты эксперимента показали, что КСВ антенны в диапазоне частот 1.7...25 МГц с применением фильтра уменьшился с 4.1 до 2.8.

т

* 1 0 & ••• С согласующим ФФ ■?■>€> Без фильтра

" > .VЛ 1 « » % V1 1 V Л

Т г* \ г \ > \

—1—1—1— —1-1 от-—(-(— V V —1-1-1-1-1-

0 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 22 24 26 28 30 Частота, МГц

Рис. 15 - Сравнение экспериментальных зависимостей КСВ

Результаты анализа хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований, что подтверждает адекватность разработанных моделей. Измеренные характеристики антенны подтверждают предположение о возможности достижения локального согласования широкополосной комбинированной структуры при помощи неминимально-фазовых фильтров.

Приводятся результаты проектирования и испытаний фильтра поглощающего типа, а также цепочек состоящих ФПТ и классических фильтров. Проектирование ФПТ осуществлялось на основании рекомендаций, изложенных в третьей главе. Макет фильтра и его измеренные частотные характеристики приведены на рис. 16.

Рис. 16 - Результаты экспериментальных исследований фильтра поглощающего типа: а) макет ФПТ; б) измеренные частотные характеристики

Как видно из рис. 16, ФПТ обладает достаточно хорошими избирательными свойствами. При этом обратные потери от входа фильтра во всей полосе рабочих частот не превышают -13 дБ, что соответствует КСВ^.58. Приводятся результаты макетирования и измерения характеристик цепочечной схемы (см. рис. 17), со-

типа и классического полосно-

По измеренным характеристикам можно судить, что цепочка, состоящая из фильтра поглощающего типа и классического полосно-

пропускающего типа, обладает хорошими избирательными свойствами. При этом малое значение коэффициента отражения от входа, не более -10 дБ во всей полосе рабочих частот позволяет использовать разработанный фильтр в тех системах, в которых согласование по входу имеет большое значение [16,17].

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают эффективность разработанных алгоритмов и программ расчета первичных параметров сложных полосковых структур по заданным конструктивным требованиям. Разработанные и изложенные в третей главе рекомендации к проектированию цепей поглощающего типа с селективными свойствами нашли подтверждение в процессе макетирования, изготовления и измерения частотных характеристик макетов.

В пятой главе описывается разработанное на основе моделей и алгоритмов анализа структур комбинированного типа программное обеспечение (ПО).

Программное обеспечение включает в себя средства проектирования устройств и систем на основе связанных линий передачи:

• программу анализа входных параметров проволочных антенн комбинированного типа [6];

• систему автоматизированного проектирования согласующих устройств на основе неминимально-фазовых фильтров [12,14,15];

• программу моделирования управляющей секции на отрезке связанных линий передачи [23];

• программы оптимизации и синтеза поперечной структуры полосковых линий передачи сложной формы [22,24,26].

Также описывается программное обеспечение векторного импульсного измерителя характеристик цепей "ИмпульсМ 2.0", предназначенное для анализа и диагностики структур комбинированного типа в импульсном режиме с последующим вычислением их частотных характеристик [20, 25]. Программное обеспечение позволило автоматизировать процесс диагностики функциональных узлов и систем и применить расчетно-экспериментальный метод проектирования комбинированных устройств.

стоящей из фильтра поглощающего пропускающего фильтра.

—гп -¡321

/|

/1 « /" Ч* * - *„ 4

% 1 а /

»»

— г"

£ ГГц

Рис. 17 - Частотные характеристики макета цепочки ФПТ + ППФ

19

ЗаКЛЮЧсНИс

В работе получены следующие научные и практические результаты:

1. Предложен алгоритм конечно-разностного анализа комбинированных структур, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи и сосредоточенные или квазисосредоточенные корректирующие включения.

2. Показано, что предложенный метод расчета комбинированных структур позволяет детально исследовать картину волновых процессов в комбинированных структурах без ограничений на закон изменения первичных параметров связанных линий, характер и количество включенных сосредоточенных неоднородно-стей.

3. Сравнение результатов численного анализа с результатами аналитического решения для одиночных плавно-нерегулярных линий передачи показало, что способ замены производной приближенным конечно-разностным выражением для "центральной" производной позволяет уменьшить погрешность вычисления распределений напряжений и токов в структурах рассматриваемого класса.

4. Разработаны модели функциональных узлов широкополосных антенных систем комбинированного типа: нерегулярные вибраторы с сосредоточенными корректирующими вставками; согласующе-симметрирующий трансформатор им-педансов на связанных линиях передачи, цепочек согласования комбинированных антенн на основе неминимально-фазовых фильтров.

5. Разработана модель комбинированной антенной системы в целом. Реализованы алгоритмы анализа волновых процессов в нерегулярных вибраторах комбинированных антенн.

6. Разработана модель базового звена фильтра поглощающего типа. Произведено исследование влияние входных параметров модели на характеристики фильтров поглощающего типа и цепочек на их основе. На основе проведенных исследований даны рекомендации по проектированию цепочек поглощающего типа.

7. Сравнение результатов численных и экспериментальных исследований позволяет утверждать, что предложенные модели и алгоритмы анализа достаточно достоверно отражают физические процессы в комбинированных структурах, в частном случае в комбинированных антенных системах. Разработанное программное обеспечение позволяет производить расчет и оптимизацию входных параметров и распределения токов в вибраторах комбинированных антенн согласно техническому заданию на разработку.

8. Показано, что применение метода импульсной рефлектометрии (с последующим вычислением частотных характеристик) для диагностики нерегулярных комбинированных структур имеет преимущества перед классическим анализом в частотной области, так как позволяет выявить причины появления локальных отражений. Использование данного метода измерений наряду с применением математического моделирования позволило установить причину рассогласования при оптимизации параметров комбинированной антенны и предложить техническое решение, обеспечивающее уменьшение коэффициента отражения по входу в широкой полосе частот. Предложенное техническое решение защищено патентами РФ [1,2].

Основные публикации по теме диссертации

1. Высокочастотная приемопередающая антенная система. Патент на изобретение РФ № 2315401. Лощипов А.Г., Семенов A.B., Малютин Н.Д. Приоритет от 28.04.06.

2. Широкополосная антенная система для работы в декаметровом диапазоне. Патент на полезную модель № 66613. Малютин НД, Газизов Т.Т., Мелкозе-ров А.О., Газизов Т.Р, Лощилов А.Г., Семенов Э.В., Рыбин А.П. Приоритет от 16.04.07.

3. Малютин Н.Д, Лощилов А.Г., Семенов Э.В Квази-Т волны в комбинированных структурах на основе нерегулярных линий передачи с сосредоточенными неоднородностями // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники 4 (12) 2005. изд. ТУ СУР, 2005, с. 42 - 49.

4. Малютин Н.Д., Лощилов А.Г., Семенов Э.В. Квази-Т волны в комбинированных структурах на нерегулярных связанных линиях.// Материалы Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления", Томск, изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 2005. 4.1. с. 125- 129

5. Лощилов А Г., Малютин Н.Д. Алгоритм решения внутренней задачи расчета параметров комбинированных антенн ДКМВ-диапазона. // Материалы международной научно практической конференции "Электронные средства и системы управления". Томск, 6-8 октября, 2004,4.1 с. 99 - 101.

6. Лощилов А.Г. Программа расчета входных параметров комбинированных антенн // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции "Научная сессия ТУСУР-2004", Томск, ТУСУР, 2004. с. 126 - 127.

7. Лощилов А.Г. Оптимизация геометрии широкополосной комбинированной антенны // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Научная сессия ТУСУР-2005", Томск, изд. ТУСУРа, 2005. с. 193 - 195.

8. Рыбин А.П., Лощилов А.Г., Малютин НД. Моделирование и экспериментальное исследование широкополосных акгенн в ДКМВ-диапазоне // Мат-лы Всерос. науч.-технич. конф. «Научная сессия ТУСУР-2004». Томск, 18-20 мая 2004. Т. 1. С.122-125.

9. Малютин Н.Д., Серебренников Л.Я., Перевалов Н.Я., Федоров А.Е., ГошинГГ., Рыбин А П., Лощилов А.Г., Газизов Т.Р., Газизов Т.Т., Мелкозе-ровА.О., Семенов Э.В., Семенов A.B. Широкодиапазонные приемопередающие комбинированные антенны. Принципы построения. Решение внутренней задачи // Материалы международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления.". Томск, 6-8 октября, 2004,4.1. С. 107 - 111.

10. Малютин Н. Д., Рыбин А. П, Лощилов А.Г.. Моделирование, расчет и экспериментальное исследование согласующих симметрирующих трансформаторов на отрезках связанных линий передачи, нагруженных на входные сопротив-

лення комбинированное; антенн // Известия Высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. Изд. СПбГТУ "ЛЭТИ". №1 2007. с. 37-45.

11. ЛощиловЛ.Г. Моделирование широкополосного симметрирующего трансформатора. Электронные средства и системы управления: Материалы Международной научно-практической конференции. Томск: Издательство Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. В трех частях. Ч. 1. - С. 105 - 107.

12. Лощилов А.Г. Модели и алгоритмы анализа согласующих устройств на основе фазовых фильтров // Доклады 4-й Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития". Томск: В-Спектр, 2007. В 2 ч. Ч. 1. - С. 195 -197.

13. Малютин Н.Д., Лощилов А Г., Ладур A.A. Цепочки комбинированных фильтров поглощающего типа // 18-я Межд. Крымская конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии " (КрымиКо'2009): материалы конф. в 2 т. -Севастополь: изд-во "Вебер". - 2008. С. 489 - 490.

14. Лощилов А Г., Семенов ЭВ Параметрическая оптимизация согласующих устройств на основе фазовых фильтров Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Научная сессия ТУСУР-2005", Томск, изд. ТУСУРа, 2005. с. 191 -193.

15. Лощилов А.Г., Лощилов И.Г., Семенов Э.В. Программное обеспечение для параметрической оптимизации согласующих устройств на основе фазовых фильтров // Доклады 4-й Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития". Томск: В-Спектр, 2007. В 2 ч. Ч. 1. - С. 198 - 200.

16. Филатов A.B., Каратаева НА., Лощилов А.Г. Флуктуационная чувствительность микроволновых нулевых радиометров на основе комбинированной импульсной модуляции // Успехи современной радиоэлектроники.- №10.- 2006-С.3-18.

17. Филатов A.B., Каратаева H.A., Лощилов А.Г. Микроволновый радиометр для измерения сигналов с низкой эффективной шумовой температурой // Приборы и техника эксперимента.- №6,- 2006.- С. 82 - 88

18. Лощилов А.Г. у Семенов Э.В., Малютин Н.Д.. Цифровой измерительный комплекс для измерения частотных и импульсных характеристик четырехполюсников // Известия томского политехнического университета - № 8, Том 309, 2006 - Томск: издательство ТПУ, С. 37 - 42

19. Бибиков Т.Х., Лощилов А.Г.. Программно-аппаратный комплекс диагностики проводных каналов связи // Доклады 4-й Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития". Томск: В-Спектр, 2007. В 2 ч. Ч. 1. - С. 195 - 197.

20. Лощилов А Г., Малютин H Д. Применение метода импульсной реф-лектометрии для диагностики и оптимизации параметров комбинированных антенн II Доклады 4-й Международной научно-практической конференции "Элек-

тронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития". Томск: В-Спектр, 2007. В 2 ч. Ч. 1. - С. 195 - 197.

21. Лощшов А.Г., Семенов Э.В. Использование сложных сигналов в задачах измерения частотных характеристик цепей во временной области // Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Научная сессия ТУСУР - 2007", посвященной 45-летию ТУСУРа, Томск, 3-7 мая 2007 г. - Томск: Издательство "В-Спектр", 2007. С. 151 - 156.

22. Князев A.C., Лощшов А.Г., Сычев А.Н. Программа, реализующая метод численного конформного отображения пятиугольника на прямоугольник // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы радиоэлектроники", Красноярск, изд. КГТУ, 2002. с. 338-339.

23. Лощилов А.Г., Сычев А.Н. Программа анализа управляемых секций на связанных линиях - Coupled Lines Simulator II Материалы Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления", Томск, изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. 4.1. с. 92 - 93.

24. Лощилов А.Г., Нефедъев A.B., Сычев А.Н. Конформное отображение семиугольной подобласти на верхнюю полуплоскость при расчете емкостей сложных полосковых структур // Материалы Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления", Томск, изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 2004.4.1. с. 94 - 96.

25. Бамбизов A.A., Ладур A.A., Лощилов А.Г., Малютин Н.Д., Мисюнас А О, Семёнов Э В., Фатеев A.B., Усубалиев H.A. Векторный импульсный измеритель характеристик цепей и проводных систем II Приборы. № 9. 2007. С. 28 - 31.

26. Лощилов А.Г., Сычев А.Н. Анализ границ применимости метода конформных отображений при расчете емкостей сложных структур. Материалы Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления", Томск, изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. 4.1. с. 96-97.

Тираж 100. Заказ 1683. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

ВВЕДЕНИЕ.4.

1 НЕРЕГУЛЯРНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕННО-СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ СТРУКТУРЫ, МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА (ОБЗОР).

1.1 ступенчато-нерегулярные структуры.111.2 Плавно-нерегулярные структуры.

1.3 Комбинированные структуры.

1.4" Цел и и задачи исследований.

2 МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АНАЛИЗА НЕРЕГУЛЯРНЫХ СТРУКТУР КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА.

2.1 Эквивалентная схема и конечно-разностные уравнения комбинированных структур.

2.2 Алгоритм расчета входных параметров комбинированных структур.

2.3 Алгоритм расчета характеристик комбинированных структур при импульсном воздействии.

2.4 Анализ сходимости численного алгоритма.

2.5 Пример расчета комбинированной структуры.

Выводы.

3 АНАЛИЗ ШИРОКОПОЛОСНЫХУСТРОЙСТВ И СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ СТРУКТУР.

3.1 Анализ широкополосных комбинированных антенн (решение внутренней задачи).

3.2 Модели и алгоритмы анализа согласующе-симметрирующих трансформаторов.

3.3 Цепочки согласования импедансов на основе неминимально-фазовых фильтров.

3.4 Цепочки комбинированных фильтров поглощающего типа.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1 Реализация и экспериментальные исследования согласующе-симметрирующего трансформатора сопротивлений на связанных линиях передачи.

Выводы по подразделу.

4.2 Реализация и экспериментальные исследования широкополосных АНТЕНН Комбинированного типа.

4.4 экспериментальные исследования согласующих устройств на основе неминимально-фазовых фильтров.

4.5 Макетирование и экспериментальные исследования цепочек с характеристиками фильтров поглощающего типа.

Выводы.

5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СИНТЕЗА.

5.1 Программное обеспечение для расчета входных параметров проволочных комбинированных антенн.

5.2 Система автоматизированного проектирования согласующих устройств на основе неминимально-фазовых фильтров.

5.3 Программное обеспечение для моделирования управляющих секций на отрезке связанных линий передачи.

5.4 Программы оптимизации и синтеза поперечной структуры полосковых линий передачи сложной формы.

5.5 Программное обеспечение для экспериментального исследования частотных и временных характеристик комбинированных структур.

Выводы.

Актуальность темы.

Создание систем связи, радиолокации и радионавигации, работающих в различных диапазонах волн, потребовало в последние годы разработки широкополосных, с перекрытием по частоте 20:1 и более, функциональных устройств, приемных и передающих антенн. Развитие широкополосных систем обусловлено повышением требований к помехозащищенности передачи информации и применением шумоподобных сигналов в технике связи и радиолокации. Вопросам исследования и разработки широкополосных устройств посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов.

Традиционным путем расширения полосы рабочих частот ВЧ и СВЧ устройств является применение в их составе отрезков нерегулярных линий передачи (НЛП), первичные параметры которых зависят от продольной координаты. Одними из первых в данном направлении были работы A. JI. Фельдштейна, в дальнейшем данное направление получило развитие в работах В.П. Мещанова, Б.М. Каца, И.Н. Салия. Спектральный подход к анализу и синтезу устройств на неоднородных линиях передачи изложен в работах О.Н. Литвиненко, В.В. Козловского, В.И. Сошникова. Синтезу устройств на основе ступенчато-нерегулярных линий передачи посвящены работы Б.А. Беляева, А.А. Лексикова, В.В. Тюрнева, R. Levy и других авторов. В некоторых частных случаях отрезки НЛП могут вырождаться в сосредоточенно-распределенные или "несоразмерные" цепи, подходы к анализу и синтезу которых изложены в работах М. Я. Воронина и В.Р. Шлее.

К настоящему моменту достаточно обстоятельно разработана теория ступенчато-нерегулярных и плавно-нерегулярных линий передачи. Разработана общая теория нерегулярных связанных линий (НСЛ), в том числе и с неуравновешенной электромагнитной связью. Известны работы по анализу и оптимизации распределенных устройств и антенн, содержащих элементы с сосредоточенными параметрами. Однако проектирование устройств на основе комбинированных структур, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи с произвольным законом изменения первичных параметров и сосредоточенные или квазисосредоточенные корректирующие и согласующие элементы различных типов все еще остается сложной задачей.

Один из путей решения обозначенной проблемы — разработка алгоритмов анализа и оптимизации устройств на основе нерегулярных структур комбинированного типа, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи с произвольным законом изменения первичных параметров и сосредоточенные или квазисосредоточенные корректирующие и согласующие элементы различных типов.

Создание эффективных алгоритмов анализа и оптимизации устройств на основе структур комбинированного типа является актуальной задачей и будет способствовать повышению качественных характеристик и сокращению затрат на разработку.

Цель работы. Анализ, экспериментальные исследования и оптимизация комбинированных структур (КС), содержащих нерегулярные связанные линии передачи произвольной формы и сосредоточенные корректирующие включения.

Задачи исследования: Поставленная цель достигается решением следующих основных задач.

1. Разработка алгоритмов численного анализа структур, содержащих нерегулярные связанные линии передачи произвольной формы и сосредоточенные корректирующие включения.

2. Разработка моделей функциональных устройств на основе нерегулярных комбинированных структур.

3. Разработка программного обеспечения для проектирования устройств и систем на основе нерегулярных комбинированных структур.

4. Экспериментальные исследования комбинированных структур, в том числе во временной области в режиме импульсного воздействия.

5. Оптимизация частотных характеристик комбинированных устройств на основе разработанных моделей, алгоритмов анализа и результатов экспериментальных исследований.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы теории линейных электрических цепей, матричной алгебры, вычислительной математики. При создании комплекса программ использовались методы объектно-ориентированного и модульного ч программирования. Проверка основных теоретических положений осуществлялась на основе экспериментальных исследований изготовленных опытных образцов и макетов.

Научная новизна работы.

1. Предложен алгоритм численного анализа структур комбинированного типа, содержащих нерегулярные связанные линии передачи с произвольной зависимостью первичных параметров от продольной координаты и корректирующие сосредоточенные или квази-сосредоточенные элементы.

2. Разработаны модели и алгоритмы решения внутренней задачи анализа вибраторных комбинированных антенных систем декаметрового диапазона длин волн (ДКМВ), включающих в себя элементы фидерного тракта, согласующе-симметрирующие устройства, корректирующие фильтры, линейные вибраторы.

3. Показано, что применение в составе нерегулярных вибраторов комбинированных антенн корректирующих сосредоточенных включений и оптимизация профиля вибраторов позволяет расширить полосу рабочих частот антенны.

4. Реализован расчетно-экспериментальный метод оптимизации входных частотных характеристик комбинированных антенн по результатам измерений характеристик антенны во временной области при импульсном воздействии.

Практическая ценность.

1. Разработанное программное и аппаратное обеспечение позволило реализовать расчетно-экспериментальный метод оптимизации параметров комбинированных антенн ДКМВ диапазона. В результате оптимизации создано несколько образцов широкополосных комбинированных антенн с перекрытием по частоте 20:1.

2. Созданы образцы согласующе-симметрирующих трансформаторов, устройств согласования на неминимально-фазовых фильтрах. Разработаны макеты фильтров поглощающего типа.

3. Разработаны алгоритмы измерений, программное и аппаратное обеспечение для проведения измерений характеристик цепей во временной области с последующим вычислением частотных характеристик.

4. Созданные модели и алгоритмы анализа легли в основу оригинального программного обеспечения:

4.1. программа анализа входных частотных характеристик проволочных комбинированных антенн SWR2W;

4.2. программа синтеза согласующих устройств на основе секций неминимально-фазовых фильтров MatchWizard;

4.3. программное обеспечение для анализа управляющих секций на отрезке связанных линий передачи CoupledLineSimulator,

4.4. программа VIP-Line, позволяющая осуществлять параметрический синтез топологии микрополосковых связанных линий с вертикальной вставкой по заданным требованиям на конструктивные и электрические параметры.

4.5. программа SemiAngle для анализа первичных погонных параметров линии с лицевой связью методом конформных отображений.

Реализация и внедрение результатов исследований.

Работа выполнена на кафедре телекоммуникации и основ радиотехники Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Достижения практического характера, в которых используются полученные автором результаты, внедрены в- ФГНУ ГНТЦ "Наука" (г. Москва). Результаты работы используются в учебном процессе в Оренбургском государственном университете на кафедре "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники на кафедрах: "Телекоммуникации и основ радиотехники", "Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга", "Радиоэлектроники и защиты информации", I

Сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники".

Результаты работы использованы при мелкосерийном производстве приборов "Векторный импульсный измеритель характеристик цепей Р4-И-01" и программного обеспечения "ИмпульсМ v. 1.0", "ИмпульсМ v.2.0" для анализа частотных характеристик цепей в импульсном режиме.

Апробация результатов

Основные положения диссертационной работы представлялись на следующих конференциях и выставках:

• Всероссийская научно-технической конференция "Современные проблемы радиоэлектроники", г. Красноярск, 2002 г.

• Всероссийская научно-техническая конференция "Научная сессия ТУ СУР", г. Томск, 2004; 2005, 2007 гг.

• Международная научно-практическая конференция "Электронные средства и системы управления", г. Томск, 2004, 2005, 2007 гг.

• Международный конгресс-выставка "Global Education — Образование без границ 2007", г. Москва, 2007 г.

• Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2008), г. Севастополь, 2008 г.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Предложенный рекурсивный алгоритм численного анализа волновых процессов в нерегулярных связанных линиях передачи, содержащих сосредоточенные неоднородности, обеспечивает вычисление распространяющихся квази-Т волн по известным значениям напряжений и токов в одном из сечений структуры и данных о параметрах конструкции связанных линий передачи без вычисления матриц собственных значений и собственных векторов.

2. Распределено-сосредоточенный характер рассматриваемых комбинированных структур обусловливает преимущество использования измерений характеристик цепей в импульсном режиме, с последующим вычислением частотных характеристик, при реализации расчетно-экспериментального метода оптимизации.

3. Совокупность предпринятых мер: применение нерегулярного профиля вибраторов; включение корректирующих фильтров; использование согласующе-симметрирующего устройства ,на входе позволяет расширить полосу рабочих частот комбинированной антенны и обеспечить перекрытие по частоте 20:1 при ограниченном уровне входного КСВ.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 26 работ, в том числе 5 в журналах из перечня ВАК. Получен 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель. Результаты диссертационной работы отражены в 7-ми отчетах о НИР.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем работы составляет 210 страниц, включая 170 текста, а также 158 рисунков, 6 таблиц. Список литературы и используемых источников содержит 194 наименования. Общий объем приложений составляет 42 страницы.

ВЫВОДЫ

1) Представленное в разделе программное обеспечение позволяет автоматизировать процесс проектирования ВЧ и СВЧ устройств на связанных линиях передачи.

2) Программы анализа комбинированных антенн Krushon2WL, Krushon4W, Krushon2WL и SWR2W применялись при разработке широкополосных комбинированных антенн ДКМВ диапазона [92 - 94].

3) Разработанное программное обеспечение MatchWizard позволило синтезировать согласующие устройство и оптимизировать входные характеристики комбинированных антенн.

4) Пакет программ CoupledLinesSimulator, VIP-Line и Septangle позволили облегчить проектирование фильтров поглощающего типа на связанных линиях передачи.

5) Программное обеспечения для векторного импульсного измерителя характеристик цепей "ИмпульсМ" применялось при экспериментальных исследованиях комбинированных антенн в импульсном режиме. Результаты экспериментальных исследований позволили оптимизировать входные характеристики комбинированных антенн.

заключение

Предложен алгоритм конечно-разностного анализа комбинированных структур, содержащих отрезки нерегулярных связанных линий передачи и сосредоточенные или квази-сосредоточенные корректирующие включения. В работе впервые получены следующие результаты:

1) Показано, что предложенный метод расчета комбинированных структур позволяет детально исследовать картину волновых процессов в комбинированных структурах без ограничений на закон изменения первичных параметров связанных линий, характер и количество включенных сосредоточенных неоднородностей.

2) Произведена оценка сходимости предложенного конечно-разностного алгоритма.

3) Сравнение результатов численного анализа с результатами аналитического решения для одиночных плавно-нерегулярных линий передачи показало, что способ замены производной приближенным конечно-разностным выражением для "центральной" производной позволяет уменьшить погрешность вычисления распределений напряжений и токов в структурах рассматриваемого класса.

4) Разработаны модели функциональных узлов широкополосных антенных систем комбинированного типа: нерегулярные вибраторы с сосредоточенными корректирующими вставками; согласующе-симметрирующий трансформатор импедансов на связанных линиях передачи; цепочки согласования комбинированных антенн на основе неминимально-фазовых фильтров.

5) Разработана модель комбинированной антенной системы в целом. Реализованы алгоритмы анализа волновых процессов в нерегулярных вибраторах комбинированных антенн.

6) Разработана модель базового звена фильтра поглощающего типа. Произведено исследование влияние входных параметров модели на характеристики ФПТ и цепочек на их основе. На основе проведенных исследований даны рекомендации по проектированию цепочек поглощающего типа.

7) Сравнение результатов численных и экспериментальных исследований позволяет утверждать, что предложенные модели и алгоритмы анализа достаточно достоверно отражают физические процессы в комбинированных структурах, в частном случае в комбинированных антенных системах. Разработанное программное обеспечение позволяет производить расчет и оптимизацию входных параметров и распределения токов в вибраторах комбинированных антенн согласно техническому заданию на разработку.

8) Показано, что применение метода импульсной рефлектометрии (с последующим вычислением частотных характеристик) для диагностики нерегулярных комбинированных структур имеет преимущества перед классическим анализом в частотной области, так как позволяет выявить причины появления локальных отражений. Использование данного метода измерений наряду с применением математического моделирования позволило установить причину рассогласования при оптимизации параметров комбинированной антенны и предложить техническое решение, обеспечивающее уменьшение коэффициента отражения по входу в широкой полосе частот. Предложенное техническое решение защищено патентами РФ [163, 167].

1. Кац Б.М., Мещанов В.П., Фельдштейн A.JI. Оптимальный синтез устройств СВЧ с Т-волнами/ Под ред. В.П. Мещанова М.: Радио и Связь, 1984.

2. Фельдштейн A.JI., Явич JI.P. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Сов. Радио, 1972.

3. Мещанов В.П., Фельдштейн A.JI. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ. -М.: Связь, 1980. 144 е., ил.

4. Салий И.Н. Канонические нерегулярные линии передачи и их эквивалентные представления // Лекции по электронике СВЧ и радиофизике: 8-я зимняя школа-семинар инженеров. Книга 4. Саратов: Изд. СГУ, 1989. С. 73-80.

5. Салий И.Н., Хованова Н.А. Многопроводные канонические линии и их применение в сверхвысокочастотной технике // Радиотехника и электроника. 1998. Т. 43, № З.С. 309-312.

6. Литвиненко О.Н., Сошников В.И. Теория неоднородных линий и их применение в радиотехнике. М.: Сов. Радио, 1964. — 535 с.

7. Литвиненко О.Н., Сошников В.И. Колебательные системы из отрезков неоднородных линий. М.: Сов. радио, 1972. - 144 с.

8. Козловский В.В., Сошников В.И. Устройства на неоднородных линиях. -К.: Техшка, 1987. 191 е., ил.

9. Ю.Воронин М.Я. Элементы теории нерегулярных линий передачи и их применение на СВЧ // Измерительная техника. 1974. №10. - С. 44 - 46.

10. Воронин М.Я. Нерегулярные линии передачи на СВЧ: теория и применение, ч.1, 2. Изд-во НГТУ, Новосибирск, 1994, 290 с.

11. Шлее В.Р., Аубакиров К.Я., Воронин М.Я. Численный метод анализа неоднородной много проводной линии. // Радиотехника и электроника, 1983. №6. С. 1058- 1063.

12. Шлее В. Р. Дифференциальные уравнения неоднородных линий передачи.— Радиотехника и электроника.— 1985. Т. 20. № 1.

13. Беляев Б.А., Сержантов A.M. Особенности коэффициентов связи микрополосковых четвертьволновых резонаторов // Радиотехника и электроника, 2004, т. 29, №3, с. 300 307.

14. Беляев Б.А., Тюрнев В.В. Исследование частотных зависимостей коэффициентов связи микрополосковых резонаторов. Препринт № 695 Ф, Институт физики СО АН СССР, Красноярск, 1991, 43 С.

15. Беляев Б.А., Тюрнев В.В. Частотно-зависимые коэффициенты связи микрополосковых резонаторов. // Электронная техника, Сер. СВЧ-Техника, Вып. 4 (448), 1992, С. 23-27.

16. Беляев Б.А., Тюрнев В.В. Частотно-зависимые коэффициенты связи микрополосковых резонаторов. Материалы 1-ой Крымской конференции "СВЧ техника и спутниковый прием". Севастополь, 1991, С. 119 130.

17. Беляев Б.А., Лексиков А.А, Титов М.М, Тюрнев В.В. Микрополосковый решетчатый фильтр на нерегулярных резонаторах // Радиотехника и электроника, 2002, т. 47, №8, с. 939 946.

18. Александровский А. А., Беляев Б. А., Лексиков А.А. Синтез и селективные свойства фильтров на шпильковых резонаторах со шлейфными элементами // Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, №4, с. 398 405.

19. Беляев Б.А., Бутаков С.В., Лалетин Н.В., Лексиков А.А., Тюрнев В.В., Чесноков О.Н. Селективные свойства микрополосковых фильтров на нерегулярных резонаторах // Радиотехника и электроника, 2004, т. 49, №11, с. 1397 1406.

20. Беляев Б.А., Сержантов A.M. Исследование коэффициентов связи резонаторов в микрополосковой модели одномерной сверхрешетки // Радиотехника и электроника, 2005, т. 50, № 8, с. 910 917.

21. Беляев Б.А., Волошин А.С., академик Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на сверхрешетках // Доклады академии наук, 2004, том 395, № 6, с. 756 760.

22. Беляев Б.А., Волошин А.С., академик Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах // Доклады академии наук, 2005, том 400, №2, с. 181 -185.

23. Сорокин Б.Г. Малютин Н.Д. Синтез корректоров АЧХ на полосковых и коаксиальных связанных линиях //Искажения и коррекция сигналов в электронных приборах СВЧ. Межвуз. науч. сб. Из-во Сарат. ун-та, 1988. С. 3334.

24. Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе. Томск: издательство Том. ун-та, 1990. - 164 с.

25. Ralph Levy, Richard V. Snyder, Sanghoon Shin, Bandstop Filters With Extended Upper Passbands // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 54, no. 6, pp. 2503-2515, June 2006.

26. Levy R. General synthesis of asymmetric multi-element directional couplers. IEEE Trans, on MTT, 1963, v. 11, p. 226 - 237.

27. Khala j-Amirhosseini, M., "Analysis of coupled or single nonuniform transmission lines using Taylor's series expansion," Progressln Electromagnetics Research, PIER 60, 107-117, 2006.

28. Khala j-Amirhosseini M., "Analysis of nonuniform transmission lines using Fourier series expansion," International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, Vol.17, No.4, Jul. 2007.

29. Khala j-Amirhosseini M. "Analysis of periodic and aperiodic coupled nonuniform transmission lines using the Fourier series expansion," Progress In Electromagnetics Research, PIER 65, 15-26, 2006.

30. Фельдштейн А.Д., Явич JI.P., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. Изд-во "Советское радио", 1967

31. Прохорова Н.И., Фельдштейн А.Л. Фильтры с непосредственными связями. Сб. "Антенны" №2. Изд-во "Связь", 1967.

32. Фельдштейн А.Л. Синтез ступенчатых направленных ответвителей. -Радиотехника и электроника. 1961, т. 6, № 2, с. 234 240.

33. Kammler D.W. The design of tapered symmetrical microwave ТЕМ directional couplers. IEEE Trans, on MTT-17, 1969, №8, p. 577 - 589.

34. Shimizu J.K.G., Jones E.M.T. Coupled- transmission line directional couplers. IRE Trans., 1958, MTT 6, p. 403 - 409.

35. Cristal E. G., Jong L., Theory and tables of optimum symmetrical TEM-mode directional couplers. IEEE Trans, on MTT, 1965, v.13, p. 554 -558.

36. Справочник по элементам полосковой техники / Мазепова О.И., Мещанов В.П., Прохорова Н.И. и др.; Под ред. А.Л. Фельдштейна. М.: Связь, 1979.

37. Матей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Том 1., Том 2. -М.: "Связь", 1972, 495 с.

38. А.С. 321888 (СССР) Многоэлементный направленный ответвитель / Мещанов В.П., Кибирский Ю.В.

39. Мещанов В.П., Фельдштейн А.Л. Структурный синтез ступенчатых направленных ответвителей. Радиотехника и электроника. 1973, т. 18, № 10, с. 2039-2043.

40. Мещанов В.П., Чумаевская Г.Г. Синтез ступенчатых ответвителей II класса. Радиотехника и электроника. 1977, т. 22, № 1, с. 45 — 52.

41. Кац Б.М., Мещанов В.П. Максимально плоская аппроксимация в задачах синтеза устройств СВЧ. Радиотехника и электроника. 1978, т.23, № 4, с. 690 - 698.

42. Бунимович Б.Ф., Мещанов В.П., Фельдштейн А.Л. Таблицы для расчета ступенчатых направленных ответвителей II класса. — Радиотехника и электроника. 1974, т. 19, № 8, с. 1602 1608.

43. Фельдштейн А.Л., Мещанов В.П., Кибирский Ю.В. Машинный синтез симметричных ступенчатых ответвителей II класса. В кн.: Антенны. М., 1975, вып. 21, с. 119-130.

44. Snyder R. V., Shin S. Parallel coupled line notch filter with wide spurious-free passbands," in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig.,2005, Paper TU4A-3, CD ROM.

45. Ching-Wen Tang, Ming-Guang Chen A Microstrip Ultra-Wideband Bandpass Filter With Cascaded Broadband Bandpass and Bandstop Filters // IEEE Tran. MTT, VOL. 55, NO. 11, NOVEMBER 2007, p. 2412 2418.

46. Mao R., Tang X., Wang L., Du G. Miniaturized Hexagonal Stepped-Impedance Resonators and Their Applications to Filters // IEEE TRANS. ON MTT, v. 56, №. 2, feb. 2008, p. 440 448.

47. Ветров С.Я., Шабанов A.B. // ЖЭТФ. 2001. Т. 120. Вып. 5. С. 1126.

48. Нейман М.С. Неоднородные линии с распределенными постоянными. ИЭСТ, 1938, № 11.

49. Вольперт А.Р. Линии с неравномерно распределенными параметрами. «Электросвязь», 1940, №2.

50. Ghose, R. N., "Exponential transmission lines as resonators and transformers" IRE Trans. Micro. Theory and Tech., Vol.5, No.3, 213-217, Jul.1957.

51. Фельдштейн А.Л. Неоднородные линии. «Радиотехника», 1951, т. 6, №6.

52. Bolinder F. Fourier transforms in the theory of inhomogenius transmission lines. «Proc. IRE», 1950, v. 38, № 11.

53. Klopfenstein. A transmission line tape of improved design, «Proc. IRE», 1956, v. 44, №1.

54. Фельдштейн А. Л. К расчету оптимального плавного перехода. «Радиотехника», 1959, т. 14, № 3.

55. Collin R. The optimum tapered transmission line mathing sections, «Proc. IRE», 1956, v. 44, №4.

56. Салий И.Н., Салий C.A. Матрица передачи произвольной нерегулярной передающей линии // Изв. вузов. Сер.радиоэлектроника. 1985. Т. 28, № 7. С. 5560.

57. Ануфриев А.Н., Салий И.Н. Автотрансформатор сопротивлений на канонических нерегулярных линиях передачи // Сборник трудов 14-й

58. Международной конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". Севастополь, 13-17 сентябрь, 2004, С. 487-488.

59. Khala j-Amirhosseini М. MICROSTRIP NONUNIFORM IMPEDANCE RESONATORS // Progress In Electromagnetics Research, PIER 67, 329-339, 2007

60. Фельдштейн A.JI. Связанные неоднородные линии и их применение на СВЧ. Вопросы радиоэлектроники, серия ОТ. 1960, вып. 11, с. 116 - 121.

61. Фельдштейн А.Л. Связанные неоднородные линии. Радиотехника. 1961, т.16, № 5, с. 7-14.

62. Jamamoto S., Azakami Т., Jtakura К. Coupled nonuniform transmission-line and its applications. IEEE Trans., 1967, v. MTT-15, № 4, p. 220 - 231.

63. Sharpe C. An equiwalense principle for nonuniform transmission-line directional couplers. IEEE Trans., 1967, v. MTT-15, № 7, p. 398 - 405.

64. Tresselt C.P. The Design and construction of Broadband, High-Directivity, 90-Degree Couplers Using Nonuniform Line Techniques. IEEE Trans, on MTT, 1966, v. 14, № 12, p. 647 - 656.

65. Бачинина Е.Л., Мещанов В.П. Оптимальное проектирование симметричных направленных ответвителей. Радиотехника и электроника. 1973, т. 18, № 10, с. 2039-2043.

66. Мещанов В.П. Неоднородные передающие линии с уравновешенной связью. Радиотехника и электроника. 1976, т. 21, № 9, с. 1985 - 1987.

67. Стародубский Р.К, Топольская Н.К. Исследование направленных свойств неоднородно связанных линий передач. Вопросы радиоэлектроники, серия РИТ. 1974, вып. 1, с. 33-39

68. Гительсон А.А., Кулин Г.М., Следков В.А. Синтез направленных ответвителей на неоднородных связанных линиях. Вопросы радиоэлектроники. Сер. Радиоизмерительная техника, 1974, вып.5, с. 105 - 109.

69. Следков В.А. Анализ и синтез широкополосных СВЧ узлов на связанных неоднородных линиях. Автореф. дисс. канд. техн. наук / Ростовский гос. университет. Ростов-на-Дону, 1975.

70. Воронин М.Я. Колебательные системы на неоднородных линиях для широкополосных усилителей мощности СМВ диапазона волн: Диссертация кандидата технических наук. Новосибирск, 1971. - 280 с.

71. Кондратьева Т.А. Проектирование конструкций полосовых фильтров на основе неоднородных линий передачи для передающих устройств радиосвязи: Диссертация кандидата технических наук. Л.: 1980. - 180 с.

72. Лавров М.С. Характеристические параметры связанных неоднородных линий. Радиотехника и электроника, 1970, т. 15, №8, с. 1736-1739.

73. Endo I., Nemoto Y., Sato R. Impedance Transformation and Matching for Lumped Complex Load with Nonuniform Transmission Line. IEEE Trans, on MTT, 1985, v. 33, №1, p. 2-8.

74. Endo I., Kobayashi K., Nemoto Y., Sato R. Two-Port Equivalent Circuits of Two-Wire Parabolic Tapered Coupled Transmission Lines. IEEE Trans, on MTT, 1984, v.32, №2, p. 177-182.

75. Сычев A.H. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах. — Томск: издательство Том. ун-та, 2001, 316 с.

76. Гаврилова З.А., Суворов В.Н. Способ увеличения направленности микрополосковых направленных ответвителей. Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1977, вып. 1, с. 97-98.

77. Стародубровский Р.К. О возможности повышения направленности многосекционных микрополосковых ответвителей. Техника средств связи. Сер. Технологии производства и оборудование, 1980, вып. 2, с. 46 - 51.

78. Разработка корректоров АЧХ и методики проектирования (заключительный). Тема 28-89. Шифр "Черешня-РВО" / Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники; руководитель Н.Д. Малютин; №>ГР 01890066041; Инв. № 02900023216.

79. Воробьёв П.А., Малютин Н.Д., Фёдоров В.Н. Квази-Т-волны в устройствах на связанных полосковых линиях с неуравновешенной электромагнитной связью // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 17 С. 1711 — 1718.

80. Poggio A.J., Mayes Р.Е. Bandwidth extension for dipole antennas by conjugate reactive loading // IEEE Trans, on antennas and propagation. 1971. — V. 19. - № 4. - P. 554-559.

81. Пат. 3716867 (США). Wire antennas multiply loaded with active element impedance // Mayes P.E., Poggio A.J. Опубл. 13.02.1973.

82. Сайко В.Г. Методика расчета вибраторной антенны с емкостными вставками // Радиоэлектроника. 1992. — № 7. — С. 19 - 25. (Изв. высш. учебн. заведений)

83. Дрогалев С. В., Малютин Н. Д. Использование С-секции с неуравновешенной электромагнитной связью в корректорах группового времени замедления // Радиотехника, 1994. № 12. С. 3032.

84. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи с распределенными параметрами. М.: Высшая школа, 1980.

85. Влостовский Э.Г. К теории связанных линий передачи // Радиотехника, 1967. №4.-С. 28-3591 .Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Для вузов по спец. "Радиотехника". 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Высш. шк., 1988 448 с.

86. Батухтин В.Д., Майборода JI.H. Разрывные экстремальные задачи. Изд-во "Гиппократ", 1995. 358 с.

87. Гантмахер Ф. Р., Теория матриц. — М.: Наука, 1966. — 576 с.

88. Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М., Численные методы. -М.: Наука, 1987. Гл. И.

89. Рыбин А.П., Лощилов А.Г., Малютин Н.Д. Моделирование и экспериментальное исследование широкополосных антенн в ДКМВ-диапазоне // Мат-лы Всерос. науч.-технич. конф. «Научная сессия ТУСУР-2004». Томск, 18-20 мая 2004. Т. 1. С.122-125.

90. ЮЗ.Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей. Учебник для вузов. Изд.4-е, переработанное. М.: «Энергия», 1975. 752 с. с ил.

91. Фуско В. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1990. 288 с.

92. R.F. Harrington and С. Wei, Losses on multiconductor transmission lines in multilayered dielectric media, IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. MTT-32, pp. 705 710, July 1984.

93. Pucel, R.A. «Losses in Microsrtip», IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-16, 1968, pp. 342—350, correction p. 1064

94. H.A. Wheeler, "Transmission Line Properties of a Stripline Between Parallel Planes," MTT-26, 1978, pp. 866-876.

95. Логцилов А.Г., Семенов Э.В., Малютин Н.Д. Цифровой измерительный комплекс для измерения частотных и импульсных характеристик четырехполюсников // Известия томского политехнического университета № 8, Том 309, 2006 - Томск: издательство ТПУ, С. 37 - 42

96. Datasheet MS4622A/B/C/D, MS4623A/B/C/D, MS4624A/B/C/D Vector Network Measurement Systems Электронный ресурс. / Anritsu Company -Электрон, текстовые дан. и граф. дан. 2006. - Режим доступа: http://www.eu.anritsu.eom/files/l 1410-00289.pdf

97. Руководство по эксплуатации РЭ1Р2М-04 (часть 1) Электронный ресурс. / Научно-производственная фирма Микран — Электрон, текстовые дан. и граф. дан. 2006. Режим доступа: http://www.micran.ru/~ulw/p2m/Docs/OperationManualP2M04.pdf, свободный.

98. The User and Programming manual for all PNA models Электронный ресурс. / Agilent Technologies Электрон, текстовые дан. и граф. дан. 20002006. - Режим доступа: http://na.tm.agilent.com/pna/help/pnahelp.chm, свободный.

99. Уилкинсон Д. X., Алгебраическая проблема собственных значений. — М.:Наука, 1970, —564 с.

100. Дьяконов В.П. "Mathcad 2001. Учебный курс." С.Пб.: "Питер", 2001. -624 с.

101. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс: Учебное пособие. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.-432 с.

102. Кетков Ю., Кетков А., Шульц М. Matlab 7. Программирование, численные методы. БХВ-Петербург, СПб, 2005. 742 с.

103. RI Reuster D.D., Cybert K.J. A High-Efficiency Broadband HF Wire-Antenna System // IEEE Antennas and Prorogation Magazine. 2000. - Vol. 42, №4. C.53-61.

104. Cvetkovic Z., Aleksic S., Nikolic B. Response Analysis on Nonuniform Transmission Line // SERBIAN JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING Vol. 2, No. 2, November 2005, 173-180

105. M. Tang, J. F. Mao TRANSIENT ANALYSIS OF LOSSY NONUNIFORM TRANSMISSION LINES USING A TIME-STEP INTEGRATION METHOD // Progress In Electromagnetics Research, PIER 69, 257-266, 2007.

106. Глебович Г.В., Андриянов A.B., Введенский Ю.В. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов. — М.: Радио и связь, 1984. — 256 с.

107. Высокочастотная приемопередающая антенная система. Пат. РФ №2262783, МПК H01Q 9/44. Малютин Н.Д., Рыбин А.П., Перевалов Н.Я., Федоров А.Е. Опубл. 20.10.2005. Бюл. №29.

108. Газизов Т.Р. Уменьшение искажений электрических сигналов в межсоединениях. Изд-во научно-техн. Литературы, Томск, 2003. 212 с.

109. Мелкозеров А.О., Газизов Т.Р. Исследование точности вычисления емкостных матриц конфигурации из двух проводов малого диаметра // Тр.

110. Всерос. конф. студентов и молодых ученых. Красноярск, май 2004 г. С. 669672.

111. Пистолькорс А.А. Антенны. М.: Гос. изд-во по вопросам связи и радио, 1947. 479 с.

112. Ротхаммель К. Антенны, т.1, 2. Минск, 2001. 830 с.

113. Gazizov T.R. Adaptive calculation of capacitance matrix for two dimensional systems of various complexity. Proc. of the 16-th Int. Wroclaw Symp. on EMC, Wroclaw, Poland, 25-28 June, 2002, pp.133-138.

114. Справочное пособие по ВЧ схемотехнике Э.Ред // пер. с нем. С.Н. Шибалова, Ю.А. Лурье, М:. "Мир", 1990, 256 с.

115. Семенов А.В. Симметрирующие устройства на основе связанных линий. 4.1. Анализ устройств при работе на активную нагрузку с заземленной средней точкой. Деп. рук. N 9022/83. Реф. опубл. в МПС ВИМИ «Техника, технология, экономика», N 26, 1983, сер. «ЭР».

116. Семенов А.В. Симметрирующие устройства на основе связанных линий. 4.2. Анализ устройств при работе на активную нагрузку без заземленной средней точки. Деп. рук. N 9024/83. Реф. опубл. в МПС ВИМИ «Техника, технология, экономика», N 26, 1983, сер. «ЭР».

117. Давыдов Г.Б. Основы теории и расчета фазокорректирующих цепей. -М.: Связьиздат, 1958.-293 с.

118. Wadell, Brian С. Transmission line design handbook. Artech House, Inc., 1991,266 p.

119. Комбинированный метод частичных емкостей и конформных отображений для анализа многомодовых полосковых структур: моногр. / А.Н. Сычев. Томск: Томск, гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. - 138 с.

120. Сычев А.Н. Система компьютерного моделирования многомодовых полосковых структур Lines Designer: рук-во пользователя / А.Н. Сычев, А.Л. Емельянов, В.Н. Путилов. Томск: Томск: Томск, гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2006. - 17 с.

121. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др.; под редакцией В.И. Вольмана. М.: Радио и Связь, 1982. - 328 с.

122. Фильтры и цепи СВЧ/ Под. ред. А. Матсумото. Пер. с англ. Л.В. Алексеева, А.Е. Знаменского, B.C. Полякова. М. "Связь", 1976, 248 с.

123. Филатов А.В., Каратаева Н.А., Лощилов А.Г. Флуктуационная чувствительность микроволновых нулевых радиометров на основе комбинированной импульсной модуляции // Успехи современной радиоэлектроники. №10. 2006. С. 3-18.

124. Филатов А.В., Каратаева Н.А., Лощилов А.Г. Микроволновый радиометр для измерения сигналов с низкой эффективной шумовой температурой // Приборы и техника эксперимента. №6. 2006. С. 82-88.

125. Электромагнитный терроризм на рубеже тысячелетий/ Под. ред. Т.Р. Газизова. Томск: Томский государственный университет, 2002. - 206 с.

126. Малютин Н.Д., Семенов Э.В., Сычев А. Н. Синтез полосковых устройств для аналоговой обработки сверхширокополосных сигналов. // Известия вузов. Электроника, 1998. №3. С. 95-102.

127. Бомбизов А.А., Ладур А.А., Лощилов А.Г., Малютин Н.Д., Мисюнас А.О., Семёнов Э.В., Фатеев А.В., Усубалиев Н.А. Векторный импульсный измеритель характеристик цепей и проводных систем // Приборы. № 9. 2007. С. 28-31.

128. Руководство по эксплуатации Р4-И-01 Электронный ресурс. / ИмпульсМ Электрон, текстовые дан. и граф. дан. 2007. - Режим доступа: http://impulsem.ru/downloads/usermanual(ru).pdf, свободный.

129. Руководство по эксплуатации Р4-И-01 Электронный ресурс. / ИмпульсМ Электрон, текстовые дан. и граф. дан. 2008. - Режим доступа: http://impulsem.ru/downloads/usermanual(ru)2.pdf, свободный.

130. Лощилов А.Г., Программа расчета входных параметров комбинированных антенн // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции "Научная сессия ТУСУР-2004", Томск, ТУСУР, 2004. с. 126-127.

131. Гошин Г.Г., Малютин Н.Д. Исследование характеристик излучения сложных линейных антенн // Электронные средства и системы управления: Мат-лы Всерос. науч.-практич. конф. Томск: Издательство Института оптики атмосферы СО РАН, 2003. С. 68-71.

132. Гошин Г.Г., Малютин Н.Д. Алгоритм расчета характеристик излучения антенн, образованных совокупностью линейных проводников // Труды Междунар. науч. конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». Таганрог: ТРТУ, 2003. С. 28-33.

133. Гошин Г.Г. , Малютин Н.Д. , Островский В.В. , Перевалов Н.Я. , Федоров А.Е. . Исследование широкодиапазонной комбинированной антенны. Рассеяние электромагнитных волн. Межведомственный сб. научно-технических статей. Таганрог, 2004. Вып. 13. С. 70-77.

134. Широкополосная антенная система для работы в декаметровом диапазоне. Патент на полезную модель № 66613. Малютин Н.Д., Газизов Т.Т., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Р., Лощилов А.Г., Семенов Э.В., Рыбин А.П. Приоритет от 16.04.07.

135. Высокочастотная приемопередающая антенная система. Пат. РФ С2262783, МПК P01Q 9/44. Малютин Н.Д., Рыбин А.П., Перевалов Н.Я., Федоров А.Е. Опубл. 20.10.2005. Бюл. №29.

136. Высокочастотная приемопередающая антенная система. Патент на изобретение № 2315401. Лощилов А.Г., Семенов А.В., Малютин Н.Д. Приоритет от 28.04.06.

137. Малютин Н.Д., Семенов Э.В., Сычев А.Н., Маничкин А.Н., Мелехин А.Б. Синтез широкополосных фазовых фильтров ВЧ и СВЧ на связанных линиях. // Известия вузов России. Радиоэлектроника 1998, вып. 2. С. 107 120.

138. Y. К. Konishi, I. Awai, Y. Fukuoka, and M. Nakajima, "A directionalcoupler of a vertically installed planar circuit structure," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 36, no. 6, pp. 1057-1063, June 1988.

139. Семенов Э.В. Фазовая обработка в задачах формирования, передачи и исследования искажений сверхширокополосных сигналов. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007.-122 с.

140. Лощилов И.Г., Бабак Л.И. Генетические алгоритмы бинарного кодирования, основанные на мутации // Материалы международной научно практической конференции "Электронные средства и системы управления.". Томск, 12-14 октября, 2005,4.2 с. 132-136.

141. Иоссель Ю.А., Качанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. 2-е изд. - Л:. Энергоиздат, 1981. - 288 с.

142. Пашкеев С.Д., Минязов Р.И., Могилевский В.Д. Машинные методы оптимизации в технике связи. Под ред. С.Д. Пашкеева. Учеб. пособие для вузов. М. "Связь", 1976.

143. Holland John Н. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Application to Biology, Control, and Artificial Intelligence. USA: University of Michigan, 1975.

144. Goldberg David E. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. USA: Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1989.

145. Дарвин Ч. Происхождение видов. M., 1937. 571 с.

146. Емельянов В.В. , Курейчнк В.М. , Курейчнк В.В. Теория и практика эволюционного моделирования. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003 . С. 91-110.

147. Лаврик В.И., Фильчакова В.П., Яшин А.А., Конформные отображения физико-топологических моделей. Киев: Наукова думка, 1990. 376 с.

148. Лаврентьев М.А. Методы теории функций комплексного переменного: учеб пособие / М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. 5-е изд. испр. - М.: Наука, 1987. -688 с.

149. Фильчаков П.Ф. Приближенные методы конформных отображений: спр. руководство / П.Ф. Фильчаков. Киев: Наукова думка, 1964 - 523 с.

150. Малютин Н.Д., Сорокин Б.Г. Управляемые фильтрующие структуры на связанных полосковых линиях с неоднородным диэлектриком // Проблемы интегральной электроники СВЧ: Тезисы докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. -Л., 1984.-С. 179.

151. Семёнов Э. В. Фазовые фильтры на основе связанных линий и их применение для аналоговой обработки широкополосных сигналов. -Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск: ТУСУР, 1998.

152. Maclean T.S. М. Impedance properties of capacitively loaded dipoles // Proc. -1968. -V. 115. P. 1411-1416.

153. Gallas F. et al. Two ultra wide band applications of a new 2D broad band antenna.// Труды IV Международного по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. 19-22 июня 2001. СПб., 2001. С. 219-222.