автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и разработка мобильных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом

На правах рукописи

Прохоров Иван Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНЫХ СОВМЕЩЕННЫХ ПРИЕМО ПЕРЕДАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ЧАСТОТНЫМ ПЛАНОМ

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

2 О ОКТ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир, 2011

4857660

4857660

Работа выполнена в ОАО «Владимирское КБ радиосвязи»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Никитин Олег Рафаилович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кошелев Виталий Иванович

кандидат технических наук, доцент Самойлов Сергей Александрович

Ведущая организация: ОАО «Владимирский завод «Электроприбор»

Защита состоится 8 ноября 2011 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.025.04 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, ВлГУ.

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, ВлГУ, ФРЭМТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан 6 октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время радиоаппаратура специального назначения помимо таких параметров, как диапазон рабочих частот, чувствительность, мощность излучения, должна обеспечивать заданное качество связи на фоне сложной электромагнитной обстановки и возможность одновременной работы с несколькими абонентами.

Наличие многоканальной работы обусловлено, во-первых, присутствием в зоне работы оборудования в одно и то же время более одного участника обмена информацией, во-вторых, необходимостью формирования объективной информации, на основе которой вырабатываются общее представление о картине происходящего и адекватная ответная реакция. Потребность в такой аппаратуре привела к развитию направления по созданию многоканальных приемо-передающих комплексов (ППК).

Обеспечение функционирования аппаратуры, как при воздействии естественных и искусственных непреднамеренных, так и преднамеренно созданных радиопомех является одной из проблем, стоящих перед разработчиком оборудования. К устройствам же, работающим в аэропортах, в чрезвычайных ситуациях, в ходе спецопераций, предъявляются повышенные требования по электромагнитной совместимости (ЭМС). В случае ППК проблема обеспечения ЭМС тем более усугубляется присутствием мощного радиоизлучения со стороны передающего оборудования, работающего на побочных каналах.

Тематике обеспечения ЭМС радиосистем посвящены работы научных школ В.И. Владимирова, Е.М. Виноградова, H.H. Буга, A.JI. Бадалова Н.И. Калашникова и др., а также иностранных ученых Д.Р.Ж. Уайта, У.К. Хейла, К. Феера и др. Однако при реализации ППК проблема обеспечения заданного качества транслируемых сообщений стоит особенно остро, так как необходимо решать вопросы, связанные не только с функционированием оборудования на фоне сигналов, присутствующих в радиоэфире независимо, но и, главным образом, в условиях мощного радиоизлучения, как на основных, так и на побочных каналах передачи, создаваемых самим комплексом. На первый план выступает проблема обеспечения ЭМС средств, входящих в состав ППК. Оценка ЭМС имеет свои особенности и требует дополнительных исследований.

Существующие ППК предназначены для работы в авиадиспетчерских службах. В силу узкой специализации они не могут быть использованы в более широком круге задач. Расширение спектра выполняемых задач возможно лишь при создании приемо-передающих комплексов, отвечающих требованиям:

1. Мобильность. ППК должен быть транспортабелен для перемещения в необходимое место в кратчайшие сроки.

2. Экономичность. ППК должен удовлетворять требованиям совмещенного комплекса, преимуществами которого являются: существенное снижение первоначальных затрат на создание комплекса; снижение эксплуатационных расходов.

3. Наличие изменяемого частотного плана. Обусловлено, во-первых, необходимостью обеспечения ЭМС комплекса с другими радиоустройствами в разных территориальных областях, во-вторых, необходимостью соблюдения в ряде случаев режима секретности.

Выполнение перечисленных требований при создании ППК сопряжено с решением ряда насущных проблем обеспечения ЭМС аппаратуры, входящей в состав ППК. Поэтому тема диссертационного исследования, направленная на исследование и разработку мобильных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и спецслужб РФ, актуальна и своевременна.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является исследование и разработка мобильных многоканальных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и служб специального назначения.

Для достижения указанной цели следует решить задачи:

- исследовать существующие ППК;

- предложить методику и алгоритмы обеспечения ЭМС при выборе рабочих радиочастот совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

- разработать помехозащищенную с высокими динамическими характеристиками радиостанцию для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом.

Объектом исследования являются радиотехнические системы передачи информации и управления наземным, воздушным транспортом, группами людей или отдельными людьми.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы функционирования радиосистем в составе совмещенных приемо-передающих комплексов.

Методы исследования.

В работе использован аппарат математического анализа, методы математического моделирования и системного анализа, положения теории электромагнитной совместимости радиосредств и положения теории эксперимента.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в том, что:

- разработана методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

- предложены методики расчетов и разработаны радиочастотные полосовые высокодобротные фильтры с крутыми фронтами подавления и радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению.

Достоверность результатов подтверждается использованием апробированного математического аппарата, логической обоснованностью разработанных вопросов, результатами модельных и натурных экспериментов, испытаниями и имеющимся опытом эксплуатации разработанных радиостанций.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- разработанная методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом существенно ускоряют принятие решений по переходу на другие рабочие частоты и снижают вероятность настройки радиостанции на пораженную частоту, что приводит к более эффективной работе комплекса в целом; позволяют создавать совмещенные ППК с изменяемым частотным планом, в значительной степени более дешевые как при производстве, так и в ходе эксплуатации;

- разработанные фильтры позволяют улучшить характеристики по избирательности существующих и разрабатываемых приемо-передающих радиостанций при уменьшении массогабаритных параметров, что ведет в конечном счете к снижению затрат на производство радиоаппаратуры;

- разработанный высоколинейный тракт приемовозбудителя радиостанции, построенный по трансиверной схеме, снижает массогабаритные показатели радиостанции, трудоемкость при производстве и, как следствие, ведет к удешевлению радиостанции в целом.

На защиту выносятся научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для экономики страны:

- методика расчета радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить их конструктивные размеры при тех же или лучших характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза;

- методика построения малогабаритных радиочастотных фильтров с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери в полосе пропускания на 10 %;

- методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот.

Личный вклад автора. Основные идеи и технические решения явились результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 8 лет. За это время им опубликовано

10 научных работ. Являясь заместителем главного конструктора, автор лично участвовал в проектировании и изготовлении радиостанций в ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» и во всех приемо-сдаточных испытаниях разработанной аппаратуры.

Результаты работы внедрены в разрабатываемом оборудовании ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» (Акты внедрения от 08.06.2011 г.) и в серийное производство на предприятии ОАО «Владимирский завод «Электроприбор» (Акт внедрения от 09.06.2011г.). Использованы в учебном процессе Владимирского государственного университета (Акт внедрения от 14.06.2011 г.).

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 статья в рекомендованном списком ВАК журнале, 1 статья в рецензируемом журнале; получено 2 патента на полезную модель. Результаты работы докладывались, были одобрены и опубликованы в трудах 5 научно-технических конференций: IX Международного симпозиума "ЭМС-2011"; международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии"; IV, V научно-технических конференций "Вооружение, технология, безопасность, управление"; всероссийской научно-технической конференции "Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация информационно-измерительных устройств военной техники".

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 166 стр., в том числе: 104 стр. основного текста, 7 стр. списка литературы, 46 рисунков, 6 таблиц, 54 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даётся общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследования, определены цель и задачи диссертации, изложена её научная новизна и практическая ценность результатов, представлена структура работы.

В первой главе отражены особенности происходящих в настоящее время изменений в области радиотехники и показана общемировая тенденция к созданию высокомобильных технически оснащенных подразделений быстрого реагирования. В связи с этим приведен аналитический обзор существующих приемо-передающих комплексов, показана их структура, возможности.

В настоящее время все более интенсивная деятельность человека во всех областях жизни и зависимость его от природных условий порождает необходимость создания высокомобильных технически оснащенных подразделений быстрого реагирования с широким спектром выполняе-

мых задач: ликвидация техногенных, природных катастроф; проведение операций специального назначения. В каждом из случаев главным приоритетом является спасение, сохранение максимального количества жизней. Адекватное и быстрое реагирование возможно лишь при четком и своевременном руководстве. Важным фактором при управлении операциями является наличие современного радиооборудования. Жесткие требования к такой аппаратуре:

- повышенные требования по ЭМС;

- обеспечение многоканального режима связи;

- работа с существующим парком аналоговых радиосредств обусловили развитие направления по разработке ППК.

На сегодняшний день существующие комплексы по своей структуре можно разделить на разнесенные и совмещенные. Разнесенными ППК являются ППК, состоящие из двух территориально разнесенных объектов: приемного и передающего центров. Совмещенными ППК являются ППК, объединяющие радиопередающие и радиоприемные устройства на одном объекте.

Существующие ППК предназначены для обеспечения передачи информации между авиадиспетчером и бортом воздушного судна. В силу своей узкой специализации они не могут быть использованы в более широком круге задач, поскольку обладают рядом существенных ограничений:

1. Они работают на фиксированных неперестраиваемых радиочастотах, что обусловлено спецификой работы авиадиспетчерских служб РФ.

2. ППК являются стационарными.

Существенно большим потенциалом могут обладать ППК с изменяемым частотным планом [3, 4, 7, 8, 10], область применения которых не будет ограничена только эксплуатацией в диспетчерских службах управления воздушным движением. Создание наряду со стационарными также и мобильных комплексов приведет к еще большему расширению спектра выполняемых задач.

В то же время, как ППК с фиксированным частотным планом, так и ППК с изменяемым частотным планом предназначены для одной цели: обеспечение передачи информации между удаленными объектами с требуемым качеством транслируемых сообщений в сложной электромагнитной обстановке в многоканальном режиме. Создание таких комплексов является насущной задачей. Однако при их построении существует коренное отличие. Если в случае ППК с фиксированными частотами расчет ЭМС входящих в его состав устройств проводится единожды на этапе разработки, то в случае ППК с изменяемым частотным планом необходимо постоянно учитывать помеховую обстановку, связанную с варьированием частот транслируемых радиосигналов, в ходе эксплуатации ком-

плекса. Поэтому уже не достаточно методов, алгоритмов, применяемых при разработке ППК, работающих на фиксированных частотах. Требуются новые подходы, внедрение новых разработок, позволяющих реализовать приемо-передающие комплексы с изменяемыми рабочими частотами.

В результате проведенного анализа выявлена актуальная научная проблема построения мобильных совмещенных ППК с изменяемым частотным планом для служб МЧС и служб специального назначения. Для решения этой проблемы необходимо:

- обеспечить ЭМС приемных и передающих устройств, входящих в состав многоканальных совмещенных комплексов;

- создать методику и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

-разработать радиостанции, удовлетворяющие требованиям совмещенных ППК.

Во второй главе раскрыты принципы создания высоколинейного радиоприемного тракта радиостанции для ППК, предложена методика расчета радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления, рассмотрены условия обеспечения ЭМС между входящими в состав ППК приемными и передающими устройствами; разработана методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, приведены результаты работы созданной программы расчета комбинационных радиочастот.

ЭМС устройств на внутрисистемном уровне определяется показателями аппаратуры. Актуальность задачи создания высоколинейного радиоприемного тракта обусловлена двумя крайними случаями: с одной стороны, приемное устройство должно иметь высокую чувствительность, чтобы обеспечить устойчивую связь с удаленным объектом; с другой, уровень восприимчивости по блокированию должен позволять функционировать станции при воздействии мощного излучения со стороны расположенного в непосредственной близости передающего оборудования.

Такие требования к радиостанции, как работа в широком диапазоне радиочастот и минимально допустимое количество пораженных каналов приема, обусловили построение приемного тракта по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты. Упрощенная структурная схема представлена на рисунке 1, где Кпп, Кш п - коэффициент передачи и коэффициент шума п-го звена приемного тракта, соответственно.

Knl, Kin I KnJ.Kml KnV К111З Kn4, Kiu-1 KnS, Kui5 Кмб.Кшб

\ Гс-i с p г. i/i и i :

Рисунок 1 - Упрощенная структурная схема приемного тракта

Коэффициент шума по входу приемного тракта К,

К.,

-1 К.,,-1

к„

vnl lxnl " ,чп2 " 1чпЗ " •••" ix-nl2

Для обеспечения минимального коэффициента шума Кшут,п необходимо, чтобы Кп был максимален, Кш минимален.

Однако каждое из активных звеньев имеет ограничение по максимальному входному сигналу Umax, определяемому точкой компрессии звена. Чем выше Кп предыдущих звеньев, тем меньше динамический диапазон А по входному сигналу звена и приемного устройства в целом:

Кш12

КпГКп2

к„

•к„

• (1)

д - итах - Umin -(Кп1 -Кп2 - ...К,,,,.,),

(2)

где ит„ - минимальное напряжение по входу приемного тракта. Условием обеспечения ЭМС ППК на внутрисистемном уровне организации радиосвязи является задача определения компромисса между взаимоисключающими параметрами устройства: создание приемного тракта с минимальным коэффициентом шума при минимальном коэффициенте передачи каждого из звеньев тракта.

Для обеспечения требований по восприимчивости была разработана методика расчета и реализованы квазиполиномиальные полосно-пропускающие ЬС-фильтры (КППФ) с крутыми скатами, симметричной АЧХ и малыми габаритами [1,6,9, 11].

На системном уровне организации радиосвязи условием безаварийной работы комплекса является отсутствие на каждом из основных каналов приема комбинационных помеховых радиочастот (КЧ).

Для обеспечения ЭМС при разработке ППК должны учитываться следующие характеристики приемо-передающих устройств:

1. Спектральная плотность мощности шума передатчика N0.

2. Уровень внеполосных сосредоточенных излучений передатчика ием.

3. Блокирование чувствительности приемника ЬГр^-

4. Ослабление продуктов интермодуляции 3-го и высших порядков а1Р3.

Требования ЭМС в ППК соблюдаются, если ослабление с, как шумовых, так и внеполосных сосредоточенных излучений любого из передатчиков комплекса более энергетического потенциала радиолинии Ь, дБ:

- РдБмкв — ичдБмкВ + Б1дб + 02пЕ,

(3)

где РдБмкв - мощность излучения передающего устройства, дБмкВ; иЧдБмкв - чувствительность приемного устройства, дБмкВ; 01дб, 02дб - коэффициенты направленности приемной и передающей антенн, соответственно, дБ. То есть выполнялся ряд условий системы неравенств:

Выполнение условий достигается частотно-временным разделением принимаемых и излучаемых радиосигналов и пространственным разносом приемных и передающих антенн.

Известно, что волна затухает в свободном пространстве по закону:

где Ьс дБ - затухание в свободном пространстве, дБ; г - расстояние между приемными и передающими антеннами, м; X— длина электромагнитной волны, м.

Поэтому ЭМС в разнесенных ППК достигается за счет пространственного разноса между антеннами. В более сложной ситуации находятся совмещенные ППК, существенным для которых является ограниченное расстояние между приемными и передающими антеннами. В совмещенных ППК с фиксированными рабочими частотами ослабление КЧ достигается применением высокодобротных неперестраиваемых режекторных фильтров. В случае с совмещенными ППК с изменяемыми частотами использовать такие фильтры невозможно. Аппаратные методы не позволяют обеспечить требования ЭМС.

Предлагаемая методика [4, 7] позволяет вести постоянный учет запрещенных радиочастот, возникающих при взаимодействии приемопередающего оборудования в составе ППК, тем самым обеспечивая адаптивный выбор рабочих частот в ППК с изменяемым частотным планом.

Известно, что комбинационные частоты - это продукт взаимодействия оборудования в составе комплекса. Они являются сосредоточенными и рассчитываются по закону:

(4)

ЬсдБ=20-ЬЕ(4рг)-20-Ьё(л),

(5)

где а, Ь, у, г - целые числа;

^ом - частота КЧ (помехи), МГц;

Г|, Ь, ¡п - рабочие частоты передатчиков, МГц.

Особенностью методики является то, что расчет возможных комбинационных частот ГГ10М проводится до включения п-го приемопередатчика в работу или до перестройки его рабочей частоты. Выбор новой рабочей частоты проводится уже с учетом КЧ. Тем самым из радиочастотного плана исключаются все возможные запрещенные радиочастоты.

Если считать, что ^ является частотой настройки нового передатчика, то частота Гпом не должна быть равна ни одной из частот

^"ОМ ^ >

(7)

В результате подстановки (6) в систему уравнений (7): ^а-^+Ь-Гг+.-.+ у^+г-^,

(8)

Запрещенные частоты можно найти, приравняв левую и правую части в системе уравнений (8) и решив уравнения относительно ^ где = Г„ом - запрещенная для использования п-ым передатчиком радиочастота. (аМК+Ь-^+.-. + у-С,

пом(1)

пом(п-1)

пом(п)

(9)

а-^+Ь-^+.-.+ у-^,

2-1

Совокупность множеств рассчитанных частот {[ТП0М(1)], [^ом©]»--[^ом(п-1)]> [^пом(п)]} является множеством запрещенных к использованию частот [^ОМ1...^ОМК].

По предложенной методике были разработаны алгоритмы выбора рабочих частот при подготовке к работе и в ходе эксплуатации ППК с изменяемым частотным планом. Написана программа расчета комбинационных радиочастот. С ее помощью, в том числе, был проведен сравнительный анализ запрещенных радиочастот при их нахождении по закону, описываемому формулой 6, и по предложенной методике на примере работы двух радиостанций в составе комплекса на частотах 118 МГц 135 МГц. При расчетах принималось, что запрещенная радиочастота

учитывается, если ее порядок не превышает восьмого. Результаты анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Порядок запрещенной радиочастоты Запрещенная радиочастота, рассчитанная по формуле 6, МГц Запрещенная радиочастота, рассчитанная по формуле 9, МГц

2 270; 253; 236 236; 253; 270

3 152; 388; 101; 371; 354 354; 371; 101; 388; 126,5; 152

4 287 287

5 169; 337 337; 244,5; 109,5; 169; 261,5; 129,33; 143,5

6 304 295; 303,5; 157,33; 168,5; 312; 163; 320,5; 168,66; 123,66; 304; 329; 174,33; 337,5; 101,25

7 320 362,5; 227,5; 320; 379,5; 122,25; 112,33; 396,5; 130,75; 140,66; 278,5; 225

8 321 241,66; 286,5; 247,33; 147,5; 151,75; 151,66; 160; 156; 321; 258,66; 160,25; 101,2; 101,33; 264,33; 164,5; 104,6; 105,5; 346; 168,75; 108

Итого КЧ: 14 62

Из таблицы 1 видно, что в случае расчета запрещенных частот для двух вещающих и одной вводимой в работу радиостанций по формуле 6 количество неучтенных запрещенных радиочастот более чем в 4 раза превышает количество учтенных частот, что не может не сказываться на эффективности работы ППК при изменении рабочих частот. К примеру, если третья радиостанция начнет вещать на неучтенной радиочастоте 126,5 МГц, то при взаимодействии с передатчиком, излучающем на 118 МГц, возникает мощная КЧ 3-го порядка на 135 МГц, что приводит нарушению функционирования радиостанции на этой частоте.

В третьей главе синтезирован высоколинейный тракт приемовоз-будителя; реализованы по предложенной методике радиочастотные фильтры с высокой крутизной спада, разработана методика и воплощены малогабаритные фильтры с трансформацией по сопротивлению. Проведен расчет ЭМС совмещенного ППК с изменяемым частотным планом на

базе созданных радиостанций; показана эффективность использования данной методики в многоканальных комплексах.

Разработка тракта была основана на требованиях:

- обеспечение симплексного вида связи;

- диапазон рабочих частот от 30 до 176 и от 220 до 400 МГц;

- обеспечение работы с АМ, ЧМ - сигналами и сигналами с псевдослучайной перестройкой радиочастоты (ППРЧ);

- чувствительность - не более 2,5 мкВ;

- минимально допустимое количество пораженных каналов приема.

В результате анализа требований был синтезирован тракт приемовоз-будителя (рисунок 2), особенностями которого являются:

1. Построение по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты. Первое преобразование частоты инфрадинное. Первая промежуточная частота изменяемая, так называемая "прыгающая". В совокупности данные решения позволили достичь количества пораженных каналов, близкого к нулю.

2. Реализация по трансиверной схеме. Звенья 4-6, 9-11, 13, 14 тракта работают как в режиме приема, так и режиме передачи, тем самым достигается существенный выигрыш, как по экономии массогаба-ритных характеристик радиостанции, так и по стоимости ее изготовления.

3. Применение высоколинейных активных элементов в звеньях 2-4, 7, 8, 11, 12 и расчет минимального коэффициента передачи по входу каждого из них позволили создать высоколинейный приемный тракт.

Г"

Плата коммутируемых фильтров

Г"

Плата приемника-возбудителя

>

5 1

Г2пч1 к

6 ^ J

Г 1

к К

и J

1} "«г 1

К

и .л

|_.

Рисунок 2 - Структурная схема тракта приемовозбудителя

Характеристики тракта приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики приемного тракта

Диапазон рабочих частот От 30 до 176 и от 220 до 400 МГц

Чувствительность Не более 2,5 мкВ

Уровень восприимчивости по побочным каналам приема (ПКП) Не менее минус 30 дБВ до 300 МГц Не менее минус 40 дБВ от 300 до 400 МГц

Динамический диапазон по ПКП Не менее 80 дБ

Динамический диапазон по интермодуляции Не менее 65 дБ до 300 МГц Не менее 60 дБ от 300 до 400 МГц

Динамический диапазон по блокированию Не менее 80 дБ до 300 МГц Не менее 70 дБ от 300 до 400 МГц

Уровень восприимчивости по блокированию Не менее минус 14 дБВ от 30 до 100 МГц Не менее 6 дБВ от 100 до 400 МГц

Количество самопораженных частот Не более 1 % от общего числа рабочих частот

Преселектор может быть реализован при использовании самых разных частотно-избирательных устройств, в том числе ЬС-фильтров с характеристиками Баттерворда, Чебышева, Кауэра, ПАВ-фильтров, фильтров на микрополосковых линиях, перестраиваемых по диапазону фильтрах на варикапах и т.д. Сравнительный анализ показал, что при предъявлении жестких требований к помехоустойчивости, размерам, технологичности изготавливаемых радиочастотных устройств применение перечисленных выше фильтров является недостаточным или накладывает ряд ограничений на возможности разрабатываемого устройства.

Альтернативой вышеперечисленным полосовым фильтрам служат КППФ. Известны КППФ, недостатками которых являются:

1. Использование только одного типа связи, что ведет к асимметрии формы АЧХ фильтра относительно центральной частоты.

2. Отсутствие элементов согласования или использование при согласовании с трактом только индуктивных элементов.

3. Реализация фильтра без учета несовпадения значений элементов от номинальных, производимых промышленно.

В предлагаемом КППФ [1, 6, 9, 11] на основе анализа существующих фильтров были устранены перечисленные выше недостатки. Кроме этого к КППФ были предъявлены дополнительные требования: полоса пропускания 10 %, неравномерность в полосе пропускания не более 1,5 дБ, подавление в полосе заграждения при отстройке на 10 % от централь-

ной частоты полосы пропускания не менее 20 дБ.

Для обеспечения параметров по восприимчивости были разработаны КППФ с крутыми скатами, симметричной АЧХ и малыми габаритами (рисунок 2 - плата коммутируемых фильтров).

Желаемый результат был достигнут при разработке КППФ, состоящего из четырех резонансных контуров, между которыми введены разные виды связей. В резонансные контуры и индуктивную связь включены подстроенные элементы. По входу и выходу КППФ согласован 50 Ом конденсаторами включения (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема КППФ

Нормированная АЧХ и КСВ фильтра приведены на рисунке 4, характеристики в таблице 3.

/ \

/ к

/ \

\ ч

ч "ч

-20-18 -16 -14 -12 -10 -а -6-4-2 0 2 я. АЧХ

4 6 в 10 12 14 16 18 20%

Рисунок 4 - Характеристики КППФ

Таблица 3. Основные параметры КППФ

Полоса пропускания (ПП) фильтра 10%

Максимальное затухание в ПП от минус 4 до минус 2 дБ

Неравномерность в ПП не более 1,5 дБ

Ослабление сигнала при отстройке на 10 % от центральной частоты не менее 20 дБ

Для расчета КППФ была разработана методика, а также изготовлены КППФ с симметричной АЧХ относительно центральной частоты, как

в полосе пропускания, так и в полосе заграждения, согласованного по входу и выходу с сопротивлением 50 Ом на выпускаемых промышленностью элементах в диапазоне частот от 100 до 400 МГц.

Разработка фильтров позволила обеспечить уровень восприимчивости изделия по блокированию в диапазоне частот от 100 до 400 МГц на уровне не менее 6 дБВ.

Также при разработке помехоустойчивой, с высоким динамическим диапазоном по входному сигналу радиостанции, работающей, в том числе и в диапазоне радиочастот до 100 МГц, была решена проблема создания малогабаритных, имеющих низкие диссипативные потери пассивных, и поэтому не подверженных интермодуляционным искажениям, в отличие от активных, фильтров [2, 5, 9]. Данная проблема была обусловлена несколькими причинами.

1. Существует весьма ограниченный выбор между типами пассивных фильтров, применяемых в диапазоне до 100 МГц.

2. Расчет ЬС-фильтров проводится при согласовании их с сопротивлением тракта 50 Ом. При этом на частотах ниже 100 МГц номиналы катушек индуктивности превышают сотни нГн. Значительно возрастают габариты фильтра или же приходится использовать малоразмерные катушки с низкой добротностью, что приводит к ухудшению неравномерности и затухания в полосе пропускания фильтра, зависящие, в первую очередь, от добротности катушек. Много проще реализовать катушку индуктивности с высокой собственной добротностью при малых номиналах.

Выходом из этого положения является переход из пятидесятиомно-го в более низкоомный тракт. При этом номиналы катушек индуктивности уменьшаются. Согласование фильтра с трактом осуществляется широкополосными трансформаторами. Несмотря на то, что сами трансформаторы имеют диссипативные потери, наблюдается выигрыш в характеристиках фильтра: меньшие затухание и неравномерность в полосе пропускания.

На основании этого были реализованы:

1. Малогабаритный ФВЧ с частотой среза 30 МГц, минимальной неравномерностью и затуханием в полосе пропускания от 30 до 100 МГц и подавлением не менее 25 дБ на частоте 20 МГц.

2. Нерегулируемый ФНЧ с частотой среза 23,9 МГц с минимальной неравномерностью и затуханием в полосе пропускания от 18,9 до 23,9 МГц, подавление сигнала на частоте 37,8 МГц не менее 30 дБ.

Показано, что переход на более низкие сопротивления в случае, если при этом появляется возможность использования катушек индуктивности с более высокой собственной добротностью, оправдан и позволяет уменьшить затухание и неравномерность в полосе пропускания фильтра. Фильтры с трансформацией сопротивлений имеют меньшие размеры, чем рассчитанные для тракта с 50 Ом с применением катушек индуктивности с

высокой собственной добротностью. Таким образом, трансформирование тракта ведет к улучшению как электрических, так и конструктивных параметров фильтров, что является немаловажным фактором при разработке радиостанции.

На системном уровне расчет ЭМС совмещенного ППК с изменяемым частотным планом проводился на базе решений внутрисистемного уровня, результатом которых явилась разработка радиостанции с характеристиками приемного тракта, приведенными в таблице 2, методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом.

Мощность излучения передатчика в составе ППК составляет 5 Вт (144 дБмкВ). Чувствительность приемной системы: 3 мкВ (ЮдБмкВ). Комплекс работает в диапазоне частот от 100 до 176 и от 220 до 400 МГц, шаг сетки рабочих частот составляет 25 кГц. Пространственный разнос между приемной и передающей антеннами составляет 40 м.

Энергетический потенциал радиолинии Ь по формуле 3:

Ь= 144- 10 +2 + 2 = 138 дБ.

Для обеспечения ЭМС необходимо, чтобы ослабление, как шумовых, так и внеполосных сосредоточенных излучений любого из передатчиков комплекса было более энергетического потенциала 138 дБ.

Показано, что:

1. При спектральной плотности шума передатчика в полосе ОКП 20 кГц минус 102 дБ это требование выполняется при пространственном разносе между приемной и передающей антеннами 15,1 м.

2. При блокировании чувствительности приемника в диапазоне частот до 300 МГц: 89,5 дБмкВ и в диапазоне частот от 300 до 400 МГц: 80 дБмкВ необходимое ослабление обеспечивается при использовании разработанных КППФ. Причем при применении КППФ возможна одновременная работа до 14 радиостанций.

3. При уровне внеполосных сосредоточенных излучений меньше уровня мощности передатчика на 70 дБ и подавлении продуктов интермодуляции 3-го порядка в передатчике при отстройках на ±175 кГц и развязке 26 дБ: 58 дБ необходимого ослабления аппаратными методами достичь невозможно.

Поэтому по предложенной методике и алгоритмам обеспечения ЭМС радиостанций была разработана программа, учитывающая: количество приемопередатчиков в ППК, диапазон рабочих радиочастот, шаг частотной сетки, порядок образующихся комбинационных частот. Приведенные в таблице 4 полученные результаты являются наихудшими и зависят от комбинации рабочих частот радиостанций в составе ППК.

Учет программными методами запрещенных к использованию радиочастот позволяет комплексу работать в режиме электромагнитной совместимости, безаварийно.

Таблица 4.

Расстояние между приемной и пе- | ,() редающей антеннами, м 120 380

Порядок учитываемых интермоду- ^ ляционных составляющих 7 6

Количество приемопередатчиков в составе ППК: число уже работающих приемопередатчиков + один вводимый в работу приемопередатчик 1 + 1 0,07% 0,03 % 0,02 %

2+1 0,53% 0,38 % 0,24 %

3 + 1 3,4% 2,52 % 1,53 %

4+1 13,2% 7,6 % 4,6 %

5+1 | 40.3% 21,8 % 11,4%

6+1 100% 91,8% 41,5%

Проблема обеспечения ЭМС приемо-передающего оборудования в случае совмещенного ППК с изменяемым частотным планом может быть решена при совместном применении, как аппаратных методов обеспечения ЭМС: частотного, временного разделения принимаемых и излучаемых радиосигналов и пространственного разноса приемных и передающих антенн, использования фильтров и развязывающих устройств, так и применения программных методов. Полученные в ходе исследования результаты, основанные на расчетах по предложенной методике обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом позволяют решить вопрос о возможности разработки совмещенных ППК с изменяемым частотным планом и повысить эффективность работы за счет адаптивного выбора рабочих частот.

При соотнесении полученных с помощью программы результатов с вероятностью выбора оператором запрещенной частоты при изменении радиочастоты настройки той или иной радиостанции можно сделать вывод о том, что в случае использования большего количества приемопередатчиков вероятность ошибки оператором возрастает не линейно. Закон возрастания близок к экспоненциальному. Поэтому уже в случае с шестью задействованными приемопередатчиками вероятность того, что оператор выберет запрещенную радиочастоту и ему придется перестраиваться заново, составляет 40,3 %. Приведенный пример является наихудшим. В общем случае, число задействованных радиостанций зависит, как от сочетания рабочих частот ППК, так построения тракта приемовозбуди-теля и может составлять до 14. Однако такой пример вероятен.

В настоящее время подход, при котором количество радиоканалов в приемо-передающем комплексе должно быть максимальным, наиболее рационален и экономически выгоден. В этом случае расчет и исключение из плана запрещенных радиочастоте помощью разработанной программы будет значительно экономить время перестройки на другую частоту. Разработанная методика позволяет существенно повысить эффективность работы совмещенного приемо-передающего комплекса с изменяемым частотным планом.

В четвертой главе показана структурная организация созданной радиостанции. Представлены входящие в нее функциональные узлы, в которых внедрены теоретические, схемотехнические решения, явившиеся результатом работы над диссертацией и их конструктивное исполнение. Теоретические наработки подтверждены протоколами испытаний составных частей.

Показан КППФ (рисунок 5.а) с габаритными размерами 47x16 мм. Сопоставимый по характеристиками фильтр Кауэра имеет, как минимум, площадь в 2 раза большую, чем у представленного фильтра.

На рисунке 5.6 представлен разработанный ФВЧ с трансформирующими цепями.

а - КППФ б - ФВЧ с трансформацией по со-

противлению

Рисунок 5 - Фильтры

На рисунке 6 представлена радиостанция для мобильного ППК с изменяемым частотным планом. Ее габаритные размеры не превышают 295x128x323 мм. Масса не превышает 14 кг.

Рисунок 6 - Возимая радиостанция Р-853-В2М к.п.10

В приложении 1 приведен текст программы расчёта комбинационных и промежуточных частот для радиотехнических систем.

В приложении 2 представлены протоколы предъявительских, приемо-сдаточных и типовых испытаний радиостанции Р-853-В2М к.п.10.

В приложении 3 приведены акты внедрения схемотехнических решений и программы.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

- предложена методика обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот;

- разработаны алгоритмы выбора рабочих частот при подготовке к работе и в течение эксплуатации комплекса;

- создана программа расчёта комбинационных и промежуточных частот для радиотехнических систем передачи информации и управления;

- разработан тракт приемовозбудителя с высокими динамическими характеристиками, функционирующий по трансиверной схеме для входящих в состав ППК радиостанций;

- предложена методика расчета и разработаны радиочастотные полосовые фильтры с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить конструктивные их размеры при тех же характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза.

- предложена методика построения и разработаны малогабаритные радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери на 10 %.

- разработана радиостанция для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом;

- проведены испытания разработанной радиостанции, подтверждающие соответствие ее выходных параметров заданным требованиям.

Список публикаций

1. Патент на полезную модель 88878 Российская Федерация, МПК НОЗН 7/00. Полосно-пропускающий LC-фильтр на четырех связанных контурах / Ф.И. Векслер, И.С.Прохоров - №2009123894; заявл. 22.06.2009; опубл. 20.11.2009.

2. Патент на полезную модель 95925 Российская Федерация, МПК НОЗН 7/00. Радиочастотный фильтр / Ф.И. Векслер, O.P. Никитин, И.С. Прохоров-№2010110185; заявл. 17.03.2010; опубл. 10.07.2010.

3. Никитин, O.P., Прохоров, И.С. К вопросу о проектировании совмещенных мобильных радиочастотных приемо-передающих комплексов с перестраиваемым частотным планом / O.P. Никитин, И.С. Прохоров // Проектирование и технология электронных средств. №3, 2009. - С. 13-18.

4. Векслер Ф.И., Никитин O.P., Прохоров И.С. Широкополосная трансформация по сопротивлению радиочастотных фильтров в диапазоне частот до 100 МГц / Векслер Ф.И., Никитин O.P., Прохоров И.С. // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. №1, 2011. - С. 11 - 15.

5. Векслер, Ф.И., Никитин, O.P., Прохоров, И.С. Особенности полосовых LC-фильтров на связанных контурах / Ф.И. Векслер, O.P. Никитин, И.С. Прохоров // Методы и устройства передачи и обработки информации: межв. сб. науч. тр. Вып. 11 / Под ред. В.В. Ромашова. - М.: Радиотехника, 2009.-С. 88-93.

6. Прохоров, И.С. Повышение эффективности работы радиосвязных приемо-передающих комплексов с перестраиваемым частотным планом. / И.С. Прохоров // Материалы 9-го Международного симпозиума ЭМС-2011. СПб. : 2011. - секция 4.3.

7. Никитин, O.P., Прохоров, И.С. Проблемы создания приемопередающих комплексов / O.P. Никитин, И.С. Прохоров // Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация информационно-измерительных устройств военной техники: материалы всероссийской научно-технической конференции. М.: PAP АН, 2010. - С. 143 - 145.

8. Никитин, O.P., Прохоров, И.С. Улучшение качественных показателей средств диагностики природной среды при применении радиочастотных фильтров с трансформирующими звеньями и квазиполиномиальных LC-фильтров / O.P. Никитин, И.С. Прохоров // Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии: труды 9-й международной научно-технической конференции. Владимир, 2010. - С. 525 - 529.

9. Векслер, Ф.И., Прохоров, И.С. Автоматизированный приемопередающий центр с адаптивными частотными каналами / Ф.И. Векслер, И.С. Прохоров // Вооружение, технология, безопасность, управление: материалы IV научно-технической конференции. В Зч. 4.2. - Ковров: КГТА, 2009. - С. 275 - 279.

10. Прохоров, И.С. Анализ полосно-пропускающего ЬС-фильтра на четырех связанных контурах / И.С. Прохоров // Вооружение, технология, безопасность, управление: материалы V научно-технической конференции. В 6ч. Ч.З. - Ковров: КГТА, 2010. - С. 131 - 138.

Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.печ.л. 0,99. Заказ № 2322. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в AHO «Типография на Нижегородской» 600020, Б. Нижегородская, 88-Д. Тел. (4922) 322 161

Перечень используемых сокращений

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор приемо-передающих комплексов.

- 1.1. Развитие направления по разработке приемо-передающих комплексов.

1.2. Обзор существующих приемо-передающих комплексов.

1.3. Постановка задачи исследования.

Выводы.

Глава 2. Теоретические исследования возможности создания совмещенного приемо-передающего комплекса с изменяемым частотным планом.

2.1. Обеспечение ЭМС на внутрисистемном уровне организации радиосвязи.

2.1.1. Анализ построения высоколинейного радиоприемного тракта для радиостанций приемо-передающего комплекса.

2.1.2. Методика расчета радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления.

2.2. Обеспечение ЭМС на системном уровне организации радиосвязи

Выводы.

Глава 3. Моделирование мобильного совмещенного приемопередающего комплекса с изменяемым частотным планом.

3.1. Синтез тракта приемовозбудителя радиостанций, входящих в состав комплекса.

3.2. Программно-аппаратное моделирование радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления.

3.3. Методика построения и реализация малогабаритных радиочастотных фильтров с трансформацией по сопротивлению.

3.4. Расчет ЭМС совмещенного ППК с изменяемым частотным планом.

Выводы.

Глава 4. Структурная организация радиостанции для совмещенного приемо-передающего комплекса с изменяемым частотным планом

4.1. Реализация радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления.

4.2. Реализация малогабаритных радиочастотных фильтров с трансформацией по сопротивлению.

4.3. Разработка радиостанции для мобильного приемопередающего комплекса с изменяемым частотным планом.

Выводы.

Актуальность темы. В настоящее время радиотехника играет значительную роль в жизни людей. Она незаменима в повседневной жизни: при передаче информации между движущимися объектами, в труднодоступные, малонаселенные пункты, где нет возможности общения по проводным телефонным, оптоволоконным линиям. Без нее невозможно управление воздушными судами, своевременное реагирование служб МЧС в случае техногенных катастроф (Чернобыльская АЭС, Саяно-Шушенская ГЭС), стихийных бедствий (пожары, наводнения, землетрясения), уносящих за собой множество человеческих жизней. С применением радиотехнического оборудования ведется управление ходом операций спецслужбами (предотвращение террористических актов).

В свою очередь, для правильного, четкого руководства полетами воздушных судов авиадиспетчерскими службами, операциями службами МЧС, спецслужбами с одной стороны и отлаженных действий исполнителей с другой необходимо иметь объективное представление о происходящих событиях. Картина происходящего формируется благодаря поступлению информации с разных направлений. Временем ее формирования порой определяется число спасенных человеческих жизней. Параллельная работа с несколькими абонентами, источниками или рецепторами информации, значительно уменьшает время принятия того или иного решения. Однако, она возможна только в случае многоканальных радиотехнических систем. Цифровые средства позволяют путем частотного, временного, кодового методов разделения каналов обеспечивать многоканальный прием, но они не совместимы с существующими средствами радиосвязи, что недопустимо для разрабатываемых радиоустройств, предназначенных для работы не только между собой, но и с эксплуатируемым парком аналоговых радиосредств.

Кроме того, в условиях бурного освоения телерадиокоммуникационного пространства радиотехническое оборудование помимо таких параметров, как диапазон рабочих частот, чувствительность, мощность излучения, должно обеспечивать заданное качество транслируемых сообщений на фоне сложной электромагнитной обстановки. К устройствам, работающим в аэропортах, в чрезвычайных ситуациях, в ходе спецопераций, предъявляются повышенные требования по электромагнитной совместимости (ЭМС), так как они должны обеспечивать выполнение своих функций не только при воздействии естественных и искусственных непреднамеренных, но и при преднамеренно созданных радиопомехах.

Обеспечение функционирования аппаратуры не только при воздействии естественных и искусственных непреднамеренных, но и при преднамеренно созданных радиопомехах является одной из проблем, стоящей перед разработчиком оборудования. В случае многоканальной аппаратуры проблема обеспечения ЭМС усугубляется присутствием мощного радиоизлучения со стороны передающего оборудования, работающего на побочных каналах.

Тематике обеспечения ЭМС радиосистем посвящены работы научных школ В.И. Владимирова, Е.М. Виноградова, H.H. Буга, A.JI. Бадалова Н.И. Калашникова и др., а также иностранных ученых Д.Р.Ж. Уайта, У.К. Хейла, К. Феера и др. Однако при реализации приемо-передающих комплексов (ПИК) проблема обеспечения заданного качества транслируемых сообщений стоит особенно остро, так как необходимо решать вопросы, связанные не только с функционированием оборудования на фоне сигналов, присутствующих в радиоэфире независимо от работы ППК, но и, главным образом, в условиях мощного радиоизлучения, как на основных, так и на побочных каналах передачи, создаваемых самим ППК. На первый план выступает проблема обеспечения ЭМС радиосредств, входящих в состав ППК. Оценка ЭМС имеет свои особенности и требует дополнительных исследований.

Перечисленные выше требования к радиоаппаратуре, а именно:

- повышенные требования по ЭМС;

- обеспечение многоканального режима связи;

- работа с существующим парком аналоговых радиосредств обусловили развитие направления по разработке ППК.

Существующие в настоящее время ППК предназначены для обеспечения связи между авиадиспетчером и бортом воздушного судна. В силу своей узкой специализации они не могут быть использованы в более широком круге задач, поскольку обладают рядом существенных ограничений: являются стационарными; работают на фиксированных неперестраиваемых радиочастотах: каждая пара приемник-передатчик, входящая в состав ППК, работает только на одной, отведенной для нее фиксированной частоте, что обусловлено спецификой работы авиадиспетчерских служб РФ.

Для грамотного, своевременного руководства проведением операций различного рода; организации в кратчайшие сроки локальных радиосетей необходима разработка многоканальных приемо-передающих комплексов, отвечающих таким требованиям, как:

1. Мобильность. ППК должен быть транспортабелен для перемещения в необходимое место в кратчайшие сроки.

2. Экономичность. ППК должен удовлетворять требованиям совмещенного комплекса, преимуществами которого являются: существенное снижение первоначальных затрат на создание комплекса; снижение эксплуатационных расходов.

3. Наличие изменяемого частотного плана. Обусловлено, во-первых, необходимостью обеспечения ЭМС комплекса с другими радиоустройствами в разных территориальных областях, во-вторых, необходимостью соблюдения в ряде случаев режима секретности.

Выполнение перечисленных требований при создании ППК сопряжено с решением ряда насущных проблем обеспечения ЭМС аппаратуры, входящей в состав ППК. Поэтому тема диссертационного исследования, направленная на создание мобильных многоканальных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и спецслужб РФ актуальна и своевременна.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является создание мобильных многоканальных совмещенных приемопередающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и служб специального назначения.

Для достижения указанной цели следует решить задачи:

- исследовать существующие ППК;

- предложить методику и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

- разработать помехозащищенную с высокими динамическими характеристиками радиостанцию для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом.

Объектом исследования являются радиотехнические системы передачи информации и управления наземным, воздушным транспортом, группами людей или отдельными людьми.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы функционирования радиосистем в составе совмещенных приемо-передающих комплексов.

Методы исследования.

В работе использован аппарат математического анализа, методы математического моделирования и системного анализа, положения теории электромагнитной совместимости радиосредств и положения теории эксперимента.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в том, что:

- разработана методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

- предложены методики расчетов и разработаны радиочастотные полосовые высокодобротные фильтры с крутыми фронтами подавления и малогабаритные радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению.

Достоверность результатов подтверждается использованием апробированного математического аппарата, логической обоснованностью разработанных вопросов, результатами модельных и натурных экспериментов, испытаниями и имеющимся опытом эксплуатации разработанных радиостанций.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- разработанная методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом существенно ускоряют принятие решений по переходу на другие рабочие частоты и снижают вероятность настройки радиостанции на пораженную частоту, что приводит к более эффективной работе комплекса; позволяет создавать совмещенные ППК с изменяемым частотным планом, в значительной степени более дешевые как при производстве, так и в ходе эксплуатации;

- разработанные фильтры позволяют улучшить характеристики по избирательности существующих и разрабатываемых приемо-передающих радиостанций при уменьшении массогабаритных параметров, что ведет в конечном счете к снижению затрат на производство радиоаппаратуры;

- разработанный высоколинейный тракт приемовозбудителя радиостанции, построенный по трансиверной схеме, снижает массогабаритные показатели радиостанции, трудоемкость при производстве и, как следствие, ведет к удешевлению радиостанции в целом.

На защиту выносятся научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для экономики страны:

- методика расчета радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить их конструктивные размеры при тех же или лучших характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза;

- методика построения малогабаритных радиочастотных фильтров с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери в полосе пропускания на 10 %;

- методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот.

Личный вклад автора. Основные идеи и технические решения явились результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 8 лет. За это время им опубликовано 10 научных работ. Являясь заместителем главного конструктора, автор лично участвовал в проектировании и изготовлении радиостанций в ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» и во всех приемо-сдаточных испытаниях разработанной аппаратуры.

Результаты работы внедрены в разрабатываемом оборудовании ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» (Акты внедрения от 08.06.2011 г.) и в серийное производство на предприятии ОАО «Владимирский завод «Электроприбор» (Акт внедрения от 09.06.2011г.). Использованы в учебном процессе Владимирского государственного университета (Акт внедрения от 14.06.2011 г.).

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 статья в рекомендованном списком ВАК журнале, 1 статья в рецензируемом журнале; получено 2 патента на полезную модель. Результаты работы докладывались, были одобрены и опубликованы в трудах 5 научно-технических конференций: IX Международного симпозиума ЭМС-2011; международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии"; IV, V научно-технических конференций "Вооружение, технология, безопасность, управление"; всероссийской научно-технической конференции "Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация информационно-измерительных устройств военной техники".

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 166 стр., в том числе: 104 стр. основного текста, 7 стр. списка литературы, 46 рисунков, 6 таблиц, 55 стр. приложений.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Предложена методика обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот;

2. Разработаны алгоритмы выбора рабочих частот при подготовке к работе и в течение эксплуатации комплекса;

3. Создана программа расчёта комбинационных и промежуточных частот для радиотехнических систем передачи информации и управления;

4. Разработан тракт приемовозбудителя с высокими динамическими характеристиками, функционирующий по трансиверной схеме для входящих в состав ППК радиостанций;

5. Предложена методика расчета и разработаны радиочастотные полосовые фильтры с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить конструктивные их размеры при тех же характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза.

6. Предложена методика построения и разработаны малогабаритные радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери на 10 %.

7. Разработана радиостанция для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом;

8. Проведены испытания разработанной радиостанции, подтверждающие соответствие ее выходных параметров заданным требованиям.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Образец радиостанции Р-853-В2М КП10 №0801 соответствует п.21 ПРОГРАММЫ типовых испытаний образца радиостанции Р-853-В2М КТ110 ХЖ1.600.007-10.

Представитель заказчика ипецна гы и флчи II

2008 г.

1. Белов, JL Частотные фильтры / J1. Белов // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. №5. 2004. - С. 62 - 67.

2. Белоусов, А.П., Каменецкий, Ю.А. Коэффициент шума / А.П. Белоусов. — М.: Радио и связь, 1981. 112 с.

3. Белоусов, А.П. Расчет коэффициента шума радиоприемников / А.П. Белоусов. -М.: Оборонгиз, 1959. 136 с.

4. Бобрешов, A.M., Аверина, Л.И., Исаев, A.B. Интермодуляционные искажения в перестраиваемых полосовых фильтрах / A.M. Бобрешов, Л.И. Аверина, A.B. Исаев // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. №2, 2010 С. 181-188.

5. Богданов А.Е., Никонов В.Н., Самойлов А.Г. Эффективность телекоммуникационных систем с расширением спектра // Сб. научн. тр. С.-Петербург, Гидрометеоиздат, 2004. С. 44 - 48.

6. Бобков, A.M. Реальная избирательность радиоприемных трактов в сложной помеховой обстановке / A.M. Бобков. СПб. 2001. - 216 с.

7. Борисов, В.И., Зинчук, В.М., Лимарев, А.Е. Помехозащищенность ситем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты / В.И. Борисов. М.: Радиософт, 2008. - 512 с.

8. Борисов, В.И., Зинчук, В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно-временной подход / В.И. Борисов. М.: Радио и связь, 1999. -252 с.

9. Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин C.B. Системы и сети передачи информации. М.: Радио и связь, 2001. 336 с.

10. ГОСТ 30372 95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.

11. ГОСТ 30318-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерения и контроля.

12. Григорьев, В.А., Лагутенко, О.И., Распаев, Ю.А. Сети и системы радиодоступа / В.А. Григорьев. М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с.

13. Долуханов, М.П. Распространение радиоволн / М.П. Долуханов. М.: Связь, 1965.-400 с.

14. Дубовой, В.А., Чуркин, В.И., Яськов, Д.А., Федин, Д.Н. Перестраиваемые фильтры сверхвысоких частот на монокристаллическом железо-иттриевом гранате // www.magneton.ru/admin/ Annfil.pdf.

15. Зааль, Р. Справочник по расчету фильтров / Р. Зааль. Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1983. - 752 с.

16. Закамов, В.Р. Синтез полосно-пропускающих фильтров на сосредоточенных элементах с крутыми фронтами подавления / В.Р. Закамов // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Серия "Радиофизика". Вып.2, 2004. С. 238 - 242.

17. Зеленов Д.Ю. О новом семействе радиостанций авиадиспетчеров // Материалы межрегиональной НТК «Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения». Н. Новгород, 2006. - С. 239-241.

18. Калашников, Н.И., Крупицкий, Э.И., Дородное И.Л., Носов, В.И. Системы радиосвязи / Н.И. Калашников. М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.

19. Калмыков, В.В. Радиотехнические системы передачи информации / В.В. Калмыков. М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.

20. Ипатов, В.П. Системы мобильной связи / В.П. Ипатов. М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 272 с.

21. Кечиев, JI.H. Проектирование экранирующих корпусов электронных средств / JÏ.H. Кечиев. М: Издательский дом "Технологии", 2007. - 105 с.

22. Клич, С.М., Кривенко, A.C., Носикова, Г.Н., Сивере, А.П. и др. Проектирование радиоприемных устройств / под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Сов. радио, 1976.-488 с.

23. Колосовский, Е.А. Устройства приема и обработки сигналов / Е.А. Колосовский. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 456 с.

24. Котоусов, A.C. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь. Радиолокация. Радионавигация / A.C. Котоусов. М.: Радио и связь, 2002. - 224 с.

25. Лондон, С.Е., Томашевич, C.B. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам / С.Е. Лондон. -М.: Радио и связь, 1984. 216 с.

26. Мазепова, О.И., Мещанов, В.П., Прохорова, Н.И., Фельдштейн, А.Л., Явич, Л.Р. Справочник по элементам полосковой техники / А.Л. Фельдштейн. М.: Связь, 1979.-336 с.

27. Малков, H.A., Пудовкин, А.П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств / H.A. Малков. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. - 87 с.

28. Матсумото, А. Фильтры и цепи СВЧ / Пер. с анг. Л.В. Алексеева, А.Е. Знаменского, B.C. Полякова. М.: Связь, 1976. - 248 с.

29. Москвина, Л.А., Бежанова, М.М. Практическое программирование. Приемы создания программ на языке Паскаль / М.М. Бежанова. М.: Научный мир, 2000.-270 с.

30. Овчинников, A.M., Воробьев, C.B., Сергеев, С.'И. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи / A.M. Овчинников. М.: Мобильные коммуникации, 2000. - 166 с.

31. Орлов, B.C. Фильтры на поверхностных акустических волнах / B.C. Орлов, B.C. Бондаренко. -М.: Радио и связь, 1984. 272 с.

32. Ott, Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах / Г. Ott.-M.: Мир, 1979.-318 с.

33. Патент на полезную модель 88878 Российская Федерация, МГЖ Н03Н 7/00. Полосно-пропускающий LC-фильтр на четырех связанных контурах / Ф.И. Векслер, И.С. Прохоров № 2009123894; заявл. 22.06.2009; опубл. 20.11.2009.

34. Патент на полезную модель 95925 Российская Федерация, МПК НОЗН 7/00. Радиочастотный фильтр / Ф.И. Векслер, O.P. Никитин, И.С. Прохоров № 2010110185; заявл. 17.03.2010; опубл. 10.07.2010.

35. Привер, Э.Л., Закамов, В.Р. Симметрирование формы АЧХ квазиполиномиальных полосно-пропускающих фильтров / Э.Л. Привер, В.Р. Закамов // Радиотехника. 2003. №6. С. 38 40.

36. Прохоров, И.С. Повышение эффективности работы радиосвязных приемопередающих комплексов с перестраиваемым частотным планом. / И.С.Прохоров // материалы 9-го Международного симпозиума ЭМС-2011. СПб.: 2011.-С. 303-307.

37. Прохоров, И.С. Анализ полосно-пропускающего LC-фильтра на четырех связанных контурах / И.С. Прохоров // Вооружение, технология, безопасность, управление: материалы V научно-технической конференции. В 6ч. Ч.З. Ковров: КГТА, 2010.-С. 131-138.

38. Ред, Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: схемы, блоки, 50-омная техника / Рэд, Э. Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.

39. Речицкий, В.И. Радиокомпоненты на поверхностных акустических волнах / В.И. Речицкий. М.: Радио и связь, 1984. - 112 с.

40. Садомовский, A.C. Приемо-передающие радиоустройства и системы связи / A.C. Садомовский. Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 243 с.

41. Сборник рабочих материалов по международному регулированию планирования и использования радиочастотного спектра. Издание третье в четырех томах. Регламент радиосвязи. М.: Изд-во НПФ Гейзер, 2004.

42. Седельников, Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств / Ю.Е. Седельников. Казань: Новое знание, - 2006. - 304 с.

43. Уайт, Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи / Д. Уайт. Вып.1. Общие вопросы ЭМС. Межсистемные помехи. / Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1977. 352 с.

44. Шапиро, Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования / Д.Н. Шапиро. СПб.: Энергия, 1975. - 112 с.V

45. Шапиро, Д.Н. Электромагнитное экранирование /Д.Н. Шапиро. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010.-120 с.

46. Шилдт, Г. Искусство программирования на С++ / Г. Шилдт. СПб.: БВХ-Петербург, 2005. - 496 с.

47. Шмидский, Я.К. Программирование на языке С++. Самоучитель / Я.К. Шмидский. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. 368 с.

48. Фомин, H.H., Буга, H.H., Головин, О.В. Радиоприемные устройства / H.H. Фомин. М.: Радио и связь, 2003. - 520 с.

49. Феер, К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра / К. Феер. М.: Радио и связь, 2000.

50. Хабигер, Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике / Э. Хабигер. Германия, 1992. Пер. с нем. И.П. Кужекин; под ред. Б.К. Максимова. -М.: Энергоатомиздат, 1995. - 304 с.

51. Ханзел, Г.Е. Справочник по расчету фильтров / Ханзел, Г.Е. США, 1969. Пер. с англ., под ред. А.Е. Знаменского. - М.: Сов. радио, 1974. - 288 с.

52. Http://www.aec-design.com/filters.htm.

53. Http://www.analog.com/en/specialty-amplifiers/log-ampsdetectors/ad8309/pro-ducts/product.html.

54. Http://www.avagotech.com/pages/en/rfmicrowave/amplifiers/lownoiseamp-lifiers/mga-62563.

55. Http://www.azimut.ru/catalogue/radio/automatized.

56. Http://www.radioair.ru/ykv/baklanotd.html.

57. Http://www.electropribor.ru/cgi-bin/rcm/site.cgi?go=manufacture-air.

58. Http://www.emanual.ru/download/www.eManual.ru4 111 .html

59. Http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatlog/SAWCom-ponents/Page,locale=en.html.

60. Http://www.grfc.ru/grfc/index.htm.69. Http://www.icao.int.70. Http://www.infineon.com.

61. Http://www.macomtech.com/Voltage%20Variable%20Attenuators?partNum=AT -255-PIN&searchType=ExactMatch.

62. Http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/l718.

63. Http://www.minicircuits.com/pdfs/SYM-18H.pdf.

64. Http://www.oniip.ru/produkcia/detail.php?SECTIONID=109&ELE-MENTID=42975. Http://www.rfmd.com.

65. Http://www2.rohde-schwarz.com/en/products/securecommunications/losra-diocommunications/Series4200.html.