автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование проблем повышения эффективности систем и устройств радиосвязи

Р Г 3 од

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАДИО

На правах рукописи

МАРТЫНОВ Ливон Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ РАДИОСВЯЗИ

Специальность 05.12.17. - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор О.С.Данилович

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник В.А.Майоров

Ведущая организация:

указана в Решении Совета

Зашита состоится ¿¿¿^¿¿сЛ1996 г. в ^^час в аудитории

на заседании диссертационного Совета К.118.01.01 при Санкт-Петербургском Государственном Университете телекоммуникаций им.проф. М.А.Бонч-Бруевича (г. Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 61, СПб ГУТ).

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке СПб ГУТ.

Диссертация в виде научного доклада разослана^^^^_ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Санкт-Петербургского

Государственного Университета телекоммуникаций им.проф. М.А.Бонч-Бруевича кандидат технических наук,

доцент Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Общеизвестно, что разработка новых и совершенствование действующих систем связи является одним из основных факторов, способствующих научно-техническому прогрессу. Поэтому исследования, направленные как на повышение эффективности устройств и средств связи, так и на совершенствование методов управления научно-исследовательской деятельностью и опытно- конструкторскими работами в отрасли "Связь" не теряют своей актуальности.

Основные результаты, относящиеся к проблемам исследований в области волноводных СВЧ устройств и систем, содержатся в работах Л. Левина, В.И. Вольмана, Б.Ю. Капилевича, Ю.З. Данюшевского, В. Фрома и Р. Миттра. Главные направления исследований автора, связанные с данной проблематикой, это поиск строгих или приближенных аналитических решений задач электродинамики, возникающих при анализе и синтезе заполненных волноводных СВЧ структур, реализация методов системного подхода при сравнительном анализе способов построения различных СВЧ устройств и современных тенденций развития систем, а также разработка принципов построения эффективных систем связи, в частности, с учетом современных требований к миниатюризации аппаратуры.

Последние годы характеризуются усиленным вниманием к проблемам стандартизации требований к параметрам электромагнитной совместимости (ЭМС) аппаратуры систем радиосвязи, в частности, к ее восприимчивости по отношению к электромагнитным помехам. В соответствии с Директивным документом по ЭМС, введенным странами Европейского экономического сообщества (ЕЭС), не допускается эксплуатация аппаратуры, не удовлетворяющей требованиям уже согласованных стандартов. Совершенствуются и подготавливаются новые стандарты, поэтому достаточно интенсивно производятся исследования, направленные на разработку норм, регламентирующих параметры восприимчивости и помехозащищенности аппаратуры радиосвязи, и методов проверки на соответствие им.

Значительный вклад в создание теории восприимчивости радиоэлектронной аппаратуры к радиопомехам внесли В.П. Певницкий, Ю. В. Полозок, А. П. Калмаков, Г .К. Бороничев и

другие отечественные и зарубежные ученые. Основным направлением исследований автора в этой области является создание системного подхода к решению задач оценки восприимчивости аппаратуры систем радиосвязи по отношению к электромагнитным помехам и соответствующих методов тестирования.

Среди новейших достижений в области совершенствования схем систем управления научно-техническим прогрессом хорошо зарекомендовали себя методы программно-целевого управления путем постановки развитой структуры целей. Однако в публикациях (например, в работах В.П. Баранчеева, В.Н. Волкова и Б. Твиса) отсутствуют конкретные пути дальнейшего развития такой структуры целей и расчета ее параметров, что затрудняет использование этих методов на практике. Исследования методов построения и анализа структур с целью оптимизации действующих и создания новых схем систем управления также представляются важными и своевременными, в частности, для уточнения целей научно-технического развития отрасли "Связь" и ее подотраслей для устранения имеющихся диспропорций.

Цель работы состоит в разработке и реализации комплексного подхода к решению проблемы миниатюризации СВЧ устройств и систем аппаратуры связи, системного подхода к определению основных тенденций развития современных систем радиосвязи, в развитии методов оценки восприимчивости аппаратуры систем связи к мощным электромагнитным помехам и методов оптимизации организационно- структурных схем систем управления научно-техническим прогрессом.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теоретической электродинамики, математической физики, теории вероятностей, теории систем и системного анализа.

Научная новизна работы состоит в получении следующих основных научных результатов:

- разработан приближенный метод нахождения функций Грина для прямоугольных волноводных конструкций с цилиндрическими неоднородностями; найдено приближенное

аналитическое выражение для сопротивления индуктивного стержня в волноводе;

- найдено решение электродинамической задачи для распространения продольных компонент смешанной волны в безграничной радиально неоднородной диэлектрической среде; при определенных ограничениях на параметры среды получено замкнутое приближенное решение, а при снятых ограничениях предложен метод последовательных приближений;

- разработаны методы решения электродинамических задач анализа сочленения Н-плоскостных заполненных волноводов, которые в отличие от методов вычетов, позволяют получить решения в замкнутом виде; частным случаем найденных решений является известный в литературе результат;

- разработаны методы анализа резонансных структур с одинаковыми высотами регулярных и запредельных волноводов, структур на полностью заполненных диэлектриком запредельных волноводах, а также методы синтеза последних;

- предложен новый комплексный подход, при помощи которого может быть произведен обоснованный выбор типа линии передачи в СВЧ устройствах, базирующийся на одновременно учитывающим общие потери и объем линии критерии габаритного индекса; теоретически обоснована предпочтительность использования заполненных волноводов для миниатюризации линий передач с повышенным уровнем мощности;

- развиты методы оценки и проверки на восприимчивость аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам; обосновано распространение известного метода оценки восприимчивости АМ- приемников к помехам на радиоприемные устройства систем связи с угловой модуляцией и определены погрешности измерений; предложена четырехэтапная процедура, реализующая новый системный подход к анализу причин возникновения неисправностей в аппаратуре радиосвязи в условиях действия комплекса электромагнитных помех;

- предложен метод оптимизации реконструкции или создания организационно-структурных схем систем управления на основе обобщающих известные новых моделей в форме

циклического "дерева программных целей" и "дерева целей матричного типа".

Личный вклад. Разработка системного подхода, основных теоретических и экспериментальных методов исследований выполнены автором лично, принципы построения устройств и систем связи разработаны совместно с отечественными специалистами. Внедрение результатов работы осуществлялось совместно с сотрудниками многих проектных институтов и предприятий при участии автора в разработке рекомендаций по их внедрению и в обосновании создания новых радиорелейных линий, зон и сетей.

Практическая ценность работы заключается в:

- разработке методов анализа волноводных структур различных типов и получении ряда новых строгих и приближенных аналитических решений соответствующих задач электродинамики, представляющих самостоятельный интерес и существенно расширяющих возможности применения, дальнейшего исследования и синтеза подобных структур, используемых в практике построения устройств и систем СВЧ;

- разработке и реализации комплексного подхода к решению проблемы миниатюризации устройств и систем связи диапазона СВЧ на основе развитой теории волноводных структур и устройств, заполненных диэлектриками, что позволило впервые в отечественной практике создать ряд перспективных приемопередающих СВЧ устройств для цифровых систем связи, отвечающих современным требованиям к миниатюризации и обладающих более высокими техническими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с аналогами;

- реализации системного подход к анализу тенденций развития современных устройств и систем радиосвязи позволил сформулировать основные перспективные направления в теории и практике построения подобных систем;

- развитии методов исследования в области оценок восприимчивости аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам различного происхождения, проверки аппаратуры на параметры ЭМС и создании системного подхода для оценки влияния мощных электромагнитных полей на аппаратуру систем радиосвязи;

- разработке методики построения и расчета параметров "дерева целей матричного типа", которая может быть использована для оптимизации организационно-структурных схем систем управления практически в любых областях и , в частности, способствовать уточнению целей научно-технического развития отрасли "Связь" и ее подотраслей для устранения имеющихся диспропорций.

Реализация в народном хозяйстве. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с техническими аспектами проблематики устройств и систем связи, внедрены в аппаратуру систем связи, которая указана в разделе ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Метод "дерева целей матричного типа" используется при оптимизации распределения финансовых ресурсов из средств внебюджетного специального фонда НИОКР Минсвязи России для всего комплекса отраслевых НИОКР.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции по ЭМС (Эдинбург, Великобритания, 1992 г.), на Международных симпозиумах по ЭМС (Сендай, Япония, 1994 г.; Цюрих, Швейцария, 1993 и 1995 г.г.), на Международном симпозиуме по телевизионным системам (Монтр», Швейцария, 1991 и 1993 г.г.), а также на Всесоюзных научно-технических конференциях и внутривузовских научных конференциях МЭИС (1980 - 1984 г.г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены более, чем в 30 публикациях, в т.ч. в статьях в научных журналах, в сборниках и трудах Международных симпозиумов и конференций, научных отчетах и Авторских свидетельствах на изобретения. Основные публикации приведены в списке литературы.

Основные положения, выносимые на защиту.

Разработанные методы анализа заполненных диэлектриком волноводных структур и устройств позволяют на основе полученных строгих и приближенных аналитических решений и процедур исследовать протекающие в них электродинамические процессы и осуществлять синтез различных компонент СВЧ аппаратуры в виде заполненных волноводных конструкций;

- Линии передачи относительно мощных устройств и систем СВЧ предпочтительнее выполнять на основе заполненных диэлектриком волноводов, характеризуемых наименьшим габаритным индексом в широкой полосе рабочих частот;

- Комплексный подход, основанный на применении волноводных структур и устройств с диэлектрическим заполнением, является эффективным средством микроминиатюризации устройств и систем связи диапазона СВЧ; применение подобных устройств в практике создания соответствующей аппаратуры позволяет уменьшить ее массогабаритные показатели в 2...4 раза;

Предложенные методы анализа и оценки восприимчивости аппаратуры радиосвязи к воздействию комплекса электромагнитных помех могут служить основой для разработки норм на параметры помехозащищенности, методов проверки восприимчивости аппаратуры к электромагнитным помехам и ее защиты;

- Предложенная концепция оптимизации организационно-структурных схем систем управления научно-техническим прогрессом на основе расчета параметров циклического "дерева целей матричного типа" может быть использована для оптимизации действующих и создания новых систем управления.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Обобщение полученных теоретических результатов

Обобщенные ниже основные теоретические результаты работы относятся к специфическими аспектами следующих проблем, решение которых повышает эффективность разработки, создания и эксплуатации систем и устройств радиосвязи, а также организации научных исследований и опытно-конструкторских работ в этой области:

- развития методов анализа и синтеза СВЧ структур и устройств, выполняемых на основе заполненных диэлектриком волноводов;

- исследования и сравнительного анализа методов построения СВЧ устройств и систем с учетом возможности их миниатюризации;

- обеспечения ЭМС систем и средств связи в области создания методологии оценки восприимчивости аппаратуры связи к радиопомехам;

- развития концепции радикальной реформы управления научно- техническим прогрессом (НТП) в плане реконструкции организационно-структурных схем соответствующих систем управления (СУ).

1.1. Развитие методов анализа прямоугольных волноводов и волноводных СВЧ структур с диэлектрическими заполнителями

При анализе электромагнитных полей, рассеиваемых в свободном пространстве металлическими телами, используется математический аппарат функций Грина. При решении аналогичных внутренних задач возникают определенные трудности и, как правило, отсутствуют даже приближенные аналитические решения.

В работе /10/ предложен приближенный метод нахождения функций Грина и показано, что для задач, связанных с системами с цилиндрическими неоднородностями, можно получить решения в замкнутом виде. В частности, найдено приближенное выражение для сопротивления индуктивного стержня в волноводе. Вычисленные значения сопротивлений при некоторых ограничениях на величину радиуса индуктивного стержня совпадают с известными для частных случаев результатами.

Обширный класс волноводных структур с диэлектрическим заполнением составляют волноводные разветвители и сочлененные заполненные волноводные конструкции. В подобных структурах, в отличие от незаполненных волноводов, необходимо обеспечить определенную величину зазоров на стыках волноводов. В /2/ получено выражение для вычисления модуля коэффициента отражения на стыке волноводов и синтезирована эквивалентная схема

неоднородности. Показано, что для рабочей полосы частот и длине волны порядка 3 см допускается ширина зазора около 0,01 мм, величина которого определяет требования к качеству обработки торцевых поверхностей в месте сочленения, а наличие

небольшого зазора между диэлектриком в заполненном волноводе существенно не влияет на характер распространения основной волны.

В /6/ найдено строгое решение для распространения продольных компонент смешанной волны в безграничной радиально неоднородной диэлектрической среде с магнитной проницаемостью, не зависящей от координат, и диэлектрической проницаемостью, являющейся непрерывной функцией радиуса. При определенных ограничениях на параметры среды получено замкнутое приближенное решение, а при снятых ограничениях предложен метод последовательных приближений, ориентированный для организации вычислительной процедуры на компьютере.

К другой распространенной группе волноводных структур с диэлектрическим заполнением относятся Н-плоскостные сочленения прямоугольных волноводов типа делителя. Для анализа подобных структур обычно применяется обобщенный метод вычетов, который приводит к приближенным результатам. В /15/ предложен метод решения в замкнутом виде для случая, когда возбуждается широкий волновод. Метод основан на сшивании касательных компонент полей на входах волноводов и на оригинальном способе решения полученных уравнений. В частном случае одинаковых диэлектрических проницаемостей предложенный метод приводит к известным результатам.

Значительный теоретический и практический интерес представляет случай возбуждения не широкого, а узкого волновода. Строгое решение подобной задачи к настоящему времени неизвестно. В работе /17/ автором развиты некоторые идеи метода /15/ и также получено замкнутое решение при условиях, что волна распространяется по одному из узких волноводов, а при возбуждении одного из разветвляемых волноводов два других имеют согласованный режим работы. В /19/ предложены соотношения, необходимые для выбора величин диэлектрических проводимостей материалов в волноводах Н-плоскостных делителей с неоднородным диэлектрическим заполнением. Полученные в результате анализа Н - разветвителей данные позволяют оптимизировать выбор

параметров диэлектриков, заполняющих волноводы, и могут использоваться для проектирования делителей и для случая разветвления на п волноводов. Также показана возможность варьирования параметрами диэлектриков (в определенных пределах) при заданной геометрии сочленения, что расширяет область применения таких устройств в разнообразных СВЧ конструкциях.

1.2. Исследование СВЧ устройств и систем на заполненных диэлектриком запредельных волноводных структурах

Одним из эффективных направлений миниатюризации СВЧ устройств является использование запредельных волноводно- диэлектрических структур, основанных на волноводно- диэлектрических резонаторах (ВДР) с запредельными связями.

В /4/ исследован резонансный элемент с одинаковыми высотами регулярного и запредельного волноводов, которые расположены соосно. Предложена модель фильтра, на базе которой найдено аналитическое выражение для резонансной частоты, определена добротность и приведена методика расчета фильтра. Показано, что резонансные частоты слабо зависят от длины ячейки и определяются длиной диэлектрического слоя запредельного волновода, а изменением длины его отрезков можно управлять полосой пропускания.

В развитие этого направления также проанализированы фильтры на полностью заполненных диэлектриком запредельных структурах (ЗВДР) /13/, которые являются дальнейшим этапом миниатюризации узлов СВЧ устройств. Подобные фильтры, как показано в /3, 8/, имеют лучшие массо-габаритные показатели по сравнению с микрополосковыми линиями и по ряду параметров превосходят их.

В результате анализа использованной в /13/ модели ЗВДР предложена методика синтеза подобных устройств, эффективность которой была проверена на разработанном двухзвенном фильтре диапазона 11 ГГц с заполнением волновода с поперечным сечением 7,2x3,4 мм поликором и фторопластом-4 и с минимальным количеством подстроенных винтов.

С целью обоснования эффективности выбора конструкции для реализации ВДР проведен сравнительный анализ собственных добротностей ВДР на волноводах прямоугольного, квадратного и круглого сечений с запредельными связями на входах и выходах, возбуждаемых волнами основного типа /3/. В результате анализа выявлены преимущества использования запредельных круглых волноводов с точки зрения собственной добротности. Показано, что ВДР на круглом запредельном волноводе с диэлектрическим вкладышем из поликора или аналогичного материала имеет собственную добротность во всем сантиметровом диапазоне волн порядка 3000 и более. Полученные расчетные соотношения проверены экспериментально в диапазоне частот 7...9 ГГц для указанных типов сечений (поперечные значения выбирались из равенства критических длин волн) с диэлектрическим заполнением из плавленного кварца и поликора.

В /16/ проанализирован накопленный опыт построения частотных разделительно-объединительных систем (РОС) СВЧ диапазона с использованием различных типов фильтров (полосно-пропускающих фильтров и гибридных соединений, узкополосных фильтров и т.п.). На основе проведенного анализа показано, что одним из перспективных направлений минитюризации является выполнение РОС для аппаратуры спутниковых систем и мобильного оборудования на основе заполненных волноводов, а массогабаритные показатели могут существенно уменьшаться при использовании запредельных волноводов.

Анализ параметров РОС на основе ЗВДР /12/ приводит к выводу, что для обеспечения высокого уровня развязки между соседними каналами крутизна АЧХ двухзвенного ЗВДР фильтра является недостаточной. Реализация многозвенных фильтров подобного типа без подстроечных элементов требует высоких допусков в процессе изготовления. В /12/ предложены и исследованы структуры канального фильтра РОС с двумя однотипными двухзвенными ЗВДР фильтрами и двухканального РОС. Показано, что РОС с использованием ЗВДР фильтров

имеют существенно уменьшенные габариты и массу, а дальнейший прогресс в технологии металлизации слоистых диэлектрических структур позволит заметно снизить вносимые потери.

При создании многофункциональных малогабаритных СВЧ устройств возникает проблема оптимального выбора типа линии передачи, которая определяет многие технические и эксплуатационные показатели. Значительная степень минитюризации достигается при использовании передающих линий, заполненных диэлектриками, что приводит к росту диссипативных потерь. Уровень потерь определяется типом, конструкцией и размерами линии, частотой сигнала и т.п. Наиболее часто применяются микрополосковые линии (МПЛ). Наряду с ними определенное распространение получили заполненные волноводы (ЗВ). Качественно преимущества ЗВ перед МПЛ были продемонстрированы В. Фромом для диапазона 10 ГГц и диэлектрика из корундовой керамики (потери у ЗВ оказались на порядок меньше, а допустимая мощность на порядок больше, чем у МПЛ). Однако сравнение различных типов линий по отдельным параметрам и на отдельных частотах без учета степени миниатюризации не всегда позволяет однозначно выявить преимущества того или иного типа линии.

В /8/ предложен новый комплексный подход, при помощи которого может быть произведен обоснованный выбор типа линии. Этот подход базируется на следующем оценочном критерии, одновременно учитывающим общие потери и объем: N = (аТ2с/4)8, где Т0 - длина волны линии, 8 - площадь поперечного сечения, а - общее затухание линии, приведенное к единице длины. Линия, габаритный индекс N которой имеет меньшее значение в заданном частотном диапазоне, наиболее пригодна для миниатюризации, так как при этом достигается наиболее удачное соотношение между габаритами и потерями. Результаты сравнения с использованием данного критерия для стандартных экранированных МПЛ на поликоровой подложке толщиной 0,5 мм и ЗВ разных конструкций с таким же заполнением показали, что на частотах выше 4 ГГц ЗВ более пригодны для решения задач миниатюризации.

Полученные результаты сравнения МПЛ и ЗВ по габаритному индексу подтверждают целесообразность использования последних при решении задач миниатюризации многофункциональных СВЧ устройств с повышенным уровнем мощности.

1.3. Развитие методов оценки и проверки на восприимчивость аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам

В /24/ предложен метод и проанализирована соответствующая модель процедуры проверки (тестирования) радиоприемных устройств, распространяющая рекомендации СИСПР для АМ-приемников на приемники систем связи с угловой модуляцией. В результате исследований определена величина частотного отклонения на выходе приемника в функции от глубины модуляции АМ-испытательного сигнала, частоты модуляции, соотношения амплитуд испытательного и полезного гармонического сигналов и их частотной расстройки. Получены приближенные выражения для вычисления максимальных частотных отклонений сигнала на выходе приемника. Также проанализировано поведение фазы сигнала на входе детектора при различных значениях параметров модели. В результате исследований определено, что рекомендованные для АМ-приемников методы измерения восприимчивости, могут быть использованы для приемников систем связи с угловой модуляцией. Найдены ограничения на параметры, минимизирующие ошибки измерений, и указано, что для радиоприемных устройств с однополосной модуляцией изменений в существующей методике практически не требуется.

В /23/ предложена и исследована модель влияния случайных ИРП, действующих по соседним каналам приема, на работоспособность супергетеродинных радиоприемных устройств. В качестве модели помех предложено использовать последовательность дельта- импульсов, а в качестве модели среды распространения - 1_, С, Я фильтр с передаточной функцией К^). Влияние помех на приемник рассматривается по соседним каналам приема. При этом предполагается, что полосы

частот соседних каналов приема равны, а нарушения нормальной работы приемника происходит, когда уровень помех в одном из соседних каналов превосходит некоторый критический уровень, определенный для данного канала. В работе найдены также критические соотношения параметров ИРП и восприимчивости и сделан вывод о том, что для практического применения методики расчета вероятности работы "приемника без нарушений необходимо пользоваться статистическими данными о вероятностных характеристиках помех, действующих в каналах радиосвязи, параметрами реальной среды распространения, а также введенными параметрами восприимчивости для конкретных приемников.

Использование микропроцессоров и других элементов цифровой техники в аппаратуре систем радиосвязи привело к появлению серьезных проблем, связанных с разработкой средств защиты аппаратуры от мощных непреднамеренных электромагнитных помех (ЭМП) различного физического происхождения, решение которых затруднено сложным характером воздействия ЭМП. В /22/ предложен системный подход к анализу причин неисправностей в аппаратуре радиосвязи в этих условиях. Этот подход основан на разделении процесса проникновения ЭМП в аппаратуру на 4 следующие стадии:

- проникновение внешней ЭМП внутрь зданий;

- проникновение ЭМП внутрь стативов и блоков аппаратуры;

- кондуктивное воздействие ЭМП на компоненты аппаратуры;

непосредственное воздействие ЭМП на внутренние компоненты.

Для всех стадий предложены методы вычислений распределений уровней ЭМП, введены и определены параметры, необходимые для вычислений. Основное внимание уделено методике расчета ЭМП для аппаратуры, устанавливаемой в зданиях спутниковых и радиорелейных радиостанций, которая учитывает особенности проникновения ЭМП сквозь стены с металлическими сетками.

1.4. Развитие концепции радикальной реформы управления научно- техническим прогрессом в плане реконструкции организационно- структурных схем соответствующих систем управления

В /1/ развита концепция реконструкции организационно-структурных схем систем управления (СУ) на основе модификации известного подхода "дерева целей" (ДЦ), который широко применяется для реорганизации или совершенствования действующих схем СУ. Для количественной характеристики ДЦ используют коэффициенты относительной важности В и взаимной полезности П целей. При помощи коэффициентов В определяют весомость каждой цели по обеспечению достижения целей более высокого уровня на ДЦ, а при помощи П -значимость любой цели данного уровня по отношению к генеральной цели. Такая структура ДЦ типична для линейно-функционального управления.

В последние годы все большее применение находит программно- целевое управление (ПЦУ) НТП, которое обеспечивает эффективное управление посредством постановки развитой структуры целей, определяющих промежуточный и конечные результаты на основе, например, целевых комплексных программ НТП (ЦКП НТП). Тогда система ПЦУ НТП становится управляющей системой, а пакет ЦКП НТП - управляемой системой. Для реализации этих ЦКП необходимо формулирование дополнительных "программных целей" (ПЦ). В случае действующей системы управления эти ЦКП как бы накладывают на БЦ дополнительные ПЦ.

Автором предложено обобщение понятия ДЦ путем введения новых понятий "дерева базовых целей" (цели в новой структуре становятся "базовыми целями"), а также понятий . "базовых коэффициентов относительной важности целей" БВ и "базовых коэффициентов взаимной полезности целей" БП. Структура ПЦ формирует "дерево программных целей" (ДПЦ) с коэффициентами ПВ и ПП, которые относятся к лучам между целями и к целям, соответственно. Коэффициенты ПВ (как и БВ) задаются разработчиками, исходя из специфики ПЦ. В отличие от ДБЦ это ДПЦ имеет характер не простого, а циклического

"дерева целей" (цели в ДБЦ усиливаются соответствующими целями ДПЦ). Параметры ПП "ДПЦ" вычисляются несколько иначе, чем для простого "дерева целей", и в /1/ приведена методика их расчета.

Сравнивая два дерева целей (ДБЦ и ДПЦ), можно получить искомое "дерево целей матричного типа" (ДЦМТ), которое наиболее полно отражает специфику системы ПЦУ. В процессе построения ДЦМТ формируются его собственные цели на основе базовых и с учетом программных целей.

В /1/ разработана эффективная методика определения коэффициентов в ДЦМТ при сохранении весомости приоритетов целей в ДБЦ и ДПЦ.

2. Обобщение полученных практических результатов

2.1. Обобщение результатов практического применения СВЧ устройств и систем на базе заполненных диэлектриком волноводных структурах (ЗВ)

На основе анализа основных тенденций развития радиорелейных систем связи /5/, результатах выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложены и реализованы на практике методы комплексной миниатюризации аппаратуры СВЧ, базирующиеся на устройствах и системах СВЧ на заполненных диэлектриком волноводных структурах /7, 9, 14/.

В /14/ обосновано, что ферритовые вентили, направленные ответвители НО и детекторные секции систем стабилизации частот, а также балансные смесители приемников целесообразно выполнять на МПЛ передачи в виде единых герметичных модулей. Опорные резонаторы целесообразно конструировать из диэлектриков с большой (порядка 40) диэлектрической проницаемостью с МПЛ линиями подводки и съема сигналов. В объемном варианте выполняются генераторы передатчика и гетеродина ГГ, объединенные с ферритовыми вентилями, а направленные ответвители НО, выходные фильтры, дуплексоры и выходные фильтры приемника целесообразно конструировать на основе ЗВ.

Принципы миниатюризации СВЧ аппаратуры с широким применением СВЧ структур на ЗВ были, в частности,

реализованы в цифровой радиорелейной системе "Радан-2", предназначенной для эксплуатации на сетях сельской связи с аппаратурой ИКМ-15 (1024 кбит/с). Это позволило при снижении коэффициента шума приемника на 3...4 дБ, улучшении избирательности по соседнему и зеркальному каналам на 15 дБ и увеличении мощности передатчика на 25% по сравнению с аппаратурой "Радан" сохранить массо-габаритные и улучшить эксплуатационные показатели приемопередающего блока.

В передатчике цифровой радиорелейной системы "Электроника- Связь-11Ц" (выходная мощность 0,25 Вт, скорость передачи цифровой информации 8,448 Мбит/с), отвечающим современным тенденциям развития радиорелейной техники, и по своим техническим характеристикам не уступающим лучшим отечественным и зарубежным аналогам, впервые для связных СВЧ систем применен способ комплексной минитюризации гибридно-интегральной аппаратуры на основе применения ЗВ /7, 9/.

Образцы передатчика в составе системы "Электроника-Связь- 11Ц" экспонировались на Международных выставках "Телеком-79", "Связь-81" и получили высокую оценку специалистов. При разработке этого передатчика и других СВЧ устройств было создано значительное число миниатюрных элементов на базе ЗВ, при этом, вопросы стыковки не вызывали технологических трудностей. В частности, технология изготовления волноводного тракта с встроенными в него У-циркуляторами с заполнением в виде феррита и диэлектрика позволяет реализовать нужную конфигурацию тракта с изгибами во всех трех плоскостях, улучшить согласование и расширить полосу частот. Предложенный перестраиваемый СВЧ фильтр на объемных резонаторах с диэлектрическим штырем имеет улучшенные параметры заграждения и в 5 раз больший диапазон перестройки по сравнению с аналогами. Оригинальность конструкции этого фильтра подтверждается полученным Авторским свидетельством на изобретение /27/.

Опыт создания и эксплуатации аппаратуры радиорелейных систем связи на базе ЗВ подтвердил практически все положения, полученные при теоретических и экспериментальных исследованиях заполненных волноводных

структур. ЗВ действительно имеют существенно меньшие линейные размеры по сравнению со стандартными волноводами (например, массогабаритные показатели приемопередатчиков уменьшаются в 3-4 раза /14/) и обладают свойствами самоэкранировки, что снимает проблему установки дополнительных экранов, ухудшающих массогабаритные показатели. Увеличение потерь в ЗВ в несколько раз меньше, чем в МПЛ. Использование для реализации ЗВ термопластов позволяет перейти от механических способов обработки к более прогрессивным - прессованию, гальванопокрытию и т.п. Поскольку опорным элементом в ЗВ является диэлектрик, а не металл, как в полых волноводах, достигается значительная экономия цветных металлов /7/.

2.2. Обобщение принципов построения СВЧ устройств и систем связи

Значительный интерес для практического использования разработчиками аппаратуры СВЧ систем связи представляют материалы работы /16/, в которой обобщен мировой опыт создания частотных РОС СВЧ диапазона. Существенный интерес к вопросам практической реализации РОС связан с необходимостью разрешения известного противоречия между увеличивающимися объемами передаваемой информации и ограниченной величиной частотного диапазона аппаратуры связи, а для аппаратуры, размещаемой на подвижных объектах, дополнительно возникает проблема миниатюризации.

Главное внимание (помимо проблем теоретического характера) уделено конструкциям и основным параметрам РОС, вопросам расчета и проектирования многоканальных РОС и практическим аспектам миниатюризации. Показано, что для обеспечения высокой развязки между соседними каналами необходимо использовать многорезонаторные канальные фильтры. Противоречие между величиной развязки в РОС и потерями, вносимыми канальными фильтрами, удается преодолеть за счет использования фильтров с эллиптической АЧХ с повышенной их избирательностью при малом числе звеньев. При малом частотном зазоре между соседними каналами РОС

(500 кГц и менее) неизбежно использование РОС на основе ферритовых устройств. Прогресс в получении ферритовых материалов позволяет надеяться, что основной недостаток ферритовых элементов - большие потери - будет преодолен. Это позволит использовать их и при большом частотном защитном интервале.

Компромиссным решением между снижением потерь и уменьшением габаритов РОС является их разработка на базе использования запредельных и заполненных твердым диэлектриком волноводов.

В работах /20, 21/, результаты которых докладывались на 17- ом Международном симпозиуме по телевизионным системам и вызвали определенный интерес зарубежных специалистов, отражены особенности и обобщен опыт разработки систем кабельного телевидения в СССР и систем распределения информации.

В соавторстве предложены принципы построения комбинированной цифровой релейно-кабельной системы связи с повышенными характеристиками надежности и многоканальной цифровой радиорелейной связи, обеспечивающей передачу сигналов служебной связи без перерывов связи. Оригинальность технических решений, принятых при построении этих систем, подтверждена Авторскими свидетельствами на изобретения /26, 28/.

2.3. Практическое применение методики "дерева целей матричного типа"

В соответствии с предложенной методикой построения и определения параметров ДЦМТ /1 / целесообразно распределять ресурсы системы управления, мобилизовать усилия на выполнение приоритетных функций, определять штат исполнителей, т.е. оптимизировать концентрацию средств для достижения целей и подцелей в ПЦУ НТП. Применение метода ДЦМТ позволяет также проанализировать степень необходимости перераспределения средств, целесообразность реконструкции структуры управляющей системы и объемы уточняемых объектов управления при делегировании ряда полномочий от "вертикального" к "горизонтальному" уровню. В частности, метод

использован при оптимизации распределения финансовых ресурсов из средств внебюджетного специального фонда НИОКР Минсвязи России для всего комплекса отраслевых НИОКР.

ОЦЕНКА ПРАКТИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Работа отличается следующими существенными для науки и практического использования результатами.

1. Предложенные методы анализа волноводных структур различных типов позволили получить ряд строгих и приближенных аналитических решений соответствующих задач электродинамики, включающих в себя в качестве частных случаев известные решения, что представляет самостоятельный интерес, существенно расширяет возможности применения, дальнейшего исследования и синтеза подобных структур.

2. Комплексный подход к решению проблемы миниатюризации устройств и систем связи диапазона СВЧ на основе развитой теории волноводных структур и устройств, заполненных диэлектриками, позволил выявить и научно обосновать области их преимущественного применения, и на этой базе впервые в отечественной практике создать ряд перспективных приемопередающих СВЧ устройств для цифровых систем связи, отвечающих современным требованиям к миниатюризации и обладающих высокими техническими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с аналогами.

3. Системный подход к анализу тенденций развития современных СВЧ и телевизионных устройств и систем связи позволил сформулировать основные перспективные направления в теории и практике построения подобных систем, что представляет значительный интерес для разработчиков и специалистов.

4. Выполненные исследования в области оценок восприимчивости аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам различного происхождения представляют собой базу

для разработки обоснованных методов нормирования параметров помех, проверки восприимчивости аппаратуры к электромагнитным помехам и методов ее защиты.

5. Развитая методика построения и расчета "дерева целей матричного типа", предложенная для программно-целевого управления научно-техническим прогрессом, может быть применена для оптимизации системы управления практически в любых областях и могла бы способствовать уточнению целей научно-технического развития отрасли "Связь" и ее подотраслей для устранения имеющихся диспропорций.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные результаты работы внедрены или использованы:

1. При разработке и внедрении на сети связи страны комплекса радиорелейных систем связи прямой видимости для зоновых сетей связи в диапазоне 8 ГГц типа: "Курс-8 О"; "Курс-8 ОУ"; "Курс-8 ОТ"; "Курс-8 Ц". Впервые в стране был освоен диапазон 8 ГГц для радиорелейных систем, что позволило практически отказаться от закупок импортного оборудования аналогичного назначения.

2. При разработке и формулировании рекомендаций по внедрению в производство и созданию опытных линий, зон и сетей ряда радиорелейных систем связи и аппаратуры типа: "Курс-2"; "Курс-4"; "Курс-6"; "Ракита-8"; "Радан-2"; "Радан-МГ"; "Радан МС", "Комплекс", "Пихта"; "Трал"; "Разбег"; "Радуга-2"; "Радуга-4"; "Радуга-6"; "Электроника-Связь-11Ц"; "Электроника-Связь-6", а также ряда спутниковых систем и аппаратуры типа: "Экран"; "Экран- 2"; "Орбита-РВ"; "Горизонт"; "Галс"; "Галс-Р"; "Галс-РМ"; "Москва"; "Москва-Глобальная"; "Радикал"; "Группа", "МДВР-40".

3. В ряде НИОКР в области систем радиосвязи, телевидения, радиовещания, проблем ЭМС РЭС.

4. При оптимизации распределения финансовых ресурсов из средств внебюджетного специального фонда НИОКР Минсвязи России на основе разработанного метода "дерева целей матричного типа" для всего комплекса отраслевых НИОКР.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны строгие и приближенные методы анализа сочленения волноводных структур с диэлектрическим заполнением, резонансных структур на запредельных волноводах, структур на полностью заполненных диэлектриком запредельных волноводах и методы синтеза последних; получены новые аналитические точные и приближенные решения соответствующих задач технической электродинамики;

2. На базе полученных теоретических результатов разработаны инженерные методики расчета миниатюрных узлов аппаратуры СВЧ систем связи, практически реализованы ряд устройств и систем на заполненных диэлектриком волноводных структурах и проведено экспериментальное исследование их характеристик;

3. Предложен новый подход для выбора типа линии передачи в СВЧ устройствах, базирующийся на применении введенного критерия габаритного индекса; теоретически обоснована предпочтительность использования заполненных волноводов для минитюризации линий передач с повышенным уровнем мощности;

4. На основании обобщения опыта создания аппаратуры систем связи с использованием заполненных диэлектриком волноводных структур и устройств показано, что действительно имеет место уменьшение массогабаритных показателей (примерно в 3-4 раза), уменьшаются потери в линиях передачи, а при производстве аппаратуры уменьшается расход цветных металлов и могут применяться более прогрессивные методы обработки (прессование, гальванопокрытие и т.п.).

5. На основе комплексного подхода к решению проблемы миниатюризации аппаратуры систем связи СВЧ диапазона научно обоснованы области преимущественного практического применения волноводных устройств, заполненных диэлектриками, и на этой базе впервые в отечественной практике созданы ряд перспективных приемопередающих СВЧ устройств для цифровых систем связи, отвечающих современным требованиям к миниатюризации и обладающих лучшими

техническими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с аналогами.

6. Реализован системный подход к анализу тенденций развития современных СВЧ и телевизионных устройств и систем связи, позволивший сформулировать основные перспективные направления в теории и практике их построения.

7. Развиты методы оценки и проверки на восприимчивость аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам, предложена четырехэтапная процедура, реализующая новый системный подход к анализу причин неисправностей в аппаратуре радиосвязи в условиях действия комплекса электромагнитных помех.

8. Основные полученные результаты внедрены в аппаратуре комплекса радиорелейных систем связи сети связи страны, использованы в ряде НИОКР в области систем радиосвязи, телевидения, радиовещания и проблем ЭМС РЭС.

9. Предложен новый подход к оптимизации, реконструкции или созданию организационно-структурных схем систем управления на основе обобщающих известные моделей в форме циклического "дерева программных целей" и "дерева целей матричного типа", который использован для оптимизации распределения финансовых ресурсов из средств внебюджетного специального фонда НИОКР Минсвязи России для всего комплекса отраслевых НИОКР.

Содержание диссертации опубликовано в следующих основных работах:

1. Мартынов Л.М. Построение и расчет "дерева целей матричного типа" для программно-целевого управления научно-техническим прогрессом. - Электросвязь, № 6, 1991, с.28-30.

2. Вольман В.И., Данюшевский Ю.З., Мартынов Л.М. О сочленении волноводов, заполненных диэлектриком. Электронная техника, сер. Электроника СВЧ, вып. 3, 1980,

с.105-107.

3. Бергер М.Н., Капилевич Б.Ю., Мартынов Л.М., Симин Н.С. Сравнение добротностей волноводно-диэлектрических резонаторов различных типов. - Электронная техника, сер. Электроника СВЧ, вып. 8/32, 1980, с.21-24.

4. Капилевич В.Ю., Бергер М.Н., Симин Н.С., Мартынов Л.М. СВЧ- фильтры на запредельной волноводно-диэлектрической структуре. - Труды учебных институтов связи, сер. Сети, узлы связи и распределение информации, Ленинград, ЛЭИС, 1980, с.100-107.

5. Мартынов Л.М. Основные тенденции развития радиорелейных систем связи прямой видимости. - Электросвязь, №11, 1981,

с.3-5.

6. Вольман В.И. Мартынов Л.М. Смешанные волны в радиально-неоднородной диэлектрической среде. Строгое решение. - Труды Саратовского политехнического института, 1981, с.11-17.

7. Кравчук Н.В., Колоколов Ю.К., Данюшевский Ю.З., Мартынов Л.М. Передатчик цифровой радиорелейной системы "Электроника- Связь-11 Ц". - Электросвязь, 1981, №11,с.17-19.

8. Данюшевский Ю.З.,Бергер М.Н., Мартынов Л.М., Трубехин Е.Р. Сравнение микрополосковых линий и волноводов, заполненных диэлектриком. - Радиотехника, 1982, т.37, №1, с.81-84.

9. Кравчук Н.В., Леонов В.А., Мартынов Л.М., Колоколов Ю.К., Сухомлин К.Б..Филимонов А.Р., Ильинский Н.Д., Габуев Г.В., Цифровая радиорелейная система передачи "Электроника-Связь-11 Ц" для внутризоновых сетей. - Электросвязь, 1982, №2,

с.17-19.

10. Вольман В.И., Мартынов Л.М., Приближенное аналитическое выражение функции Грина для прямоугольного волновода.-Радиотехника и электроника, 1982, т.ХХУИ, №6, с. 1086-1088.

11. Мартынов Л.М. Методика настройки волноводно-диэлектрических фильтров с запредельными связями.-Техническая электродинамика сверхвысоких частот, Саратов, 1982, с.116-121.

12. Мартынов Л.М. Миниатюризация разделительно-объединительных систем СВЧ на основе запредельных волноводно-диэлектрических фильтров, полностью заполненных диэлектриком. - Электронная техника, сер. Электроника СВЧ, вып. 9, 1982, с.43-44.

13. Мартынов Л.М., Трубехин Е.Р. Миниатюрные СВЧ фильтры на полностью заполненных диэлектриком запредельных структурах. - Труды учебных институтов связи, Ленинград, ЛЭИС, 1983,

с.21-26.

14. Мартынов Л.M., Перегонов С.А., Черный В.Э. Цифровая радиорелейная аппаратура для сельских связей "Радан-2" и пути миниатюризации ее СВЧ устройств. - Электросвязь, 1983, №6, с.32- 34.

15. Вольман В.И., Мартынов Л.М. Анализ Н-плоскостного волноводного разветвления с неоднородным диэлектрическим заполнением. - Радиотехника и электроника, 1984, т.12, с.2289-2292.

16. Ищук А.А., Мартынов Л.М. Принципы построения частотных разделительно-объединительных систем СВЧ диапазона. -Зарубежная радиоэлектроника, 1986, с.34-39.

17. Мартынов Л.М. Возбуждение узкого (разветвляемого) волновода Н-плоскостного разветвления с неоднородным диэлектрическим заполнением. - Радиотехника и электроника, 1988, т.XXXIII, №4, с.857-861.

18. Мартынов Л.М. Расчет параметров "дерева целей матричного типа" для программно-целевого управления научно-техническим развитием. - Электросвязь, 1991, №6, с.28-30.

19. Мартынов Л.М. Некоторые особенности проектирования Н-плоскостных волноводных делителей с неоднородным диэлектрическим заполнением. - Электросвязь, 1993, №7, с.21.

20. Dudkin W.I., Martynov L.M. Comprehensive development of cable television system in the USSR. - 17th International Television Symposium and technical Exhibition, Montreux, Switzerland, 13-18 June, 1991.

21. Kushtuev A.I., Martynov L.M. A versatelite additional information distribution system. - 18th International Television Symposium and technical Exhibition, Montreux, Switzerland, 10-15 June, 1993.

22. Tkachenko S.V., Vodopjanov G.V., Polunin V.A., Boronichev G.K., Martynov L.M. System Approach to Analysing the Effect of External Pulse Electromagnetic High Power Fields on Equipment of Radio Communication Centers. - International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sendai, Japan, 16-20 May, 1994.

23. Boronichev G.K., Martynov L.M. Estimation of Supergeterodyne Immunity under the Influence of Pulse Interference in Adjacent Receiving Channels. - International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sendai, Japan, 16-20 May, 1994.

24. Boronichev G.К., Martynov L.M. Immunity control of communications receivers: Selection of test effect. - Eighth International Conference on EMC, 21-24 September, 1992, Edinburgh, U.K.

25. Boronichev G.K., Martynov L.M. EMC standards and rules in Russia. - International Zurich Symposium and Technical Exhibition. March 1993. Workshop №3.

26. A.C. 928988 (СССР). Комбинированная цифровая релейно-кабельная система связи. / Авт.: Мельников П.В., Поляк М.У., Черный В.Е, Самитов Э.Р., Старостин Ю.Н., Вайс Э.А., Постникова В.В., Кравчук Н.В., Колоколов Ю.К., Ильинский Н.Д.,Коновалов В.С.,Лукьянец В.П., Попов В.И., Мартынов Л.М./ 1982.

27. А.С. 1092616 (СССР). Перестраиваемый СВЧ фильтр. / Авт: Бергер М.Н., Капилевич Б.Ю., Ищук А.А., Данюшевский Ю.З., Мартынов Л.М./ БИ № 18, 1984.

28. А.С. 1402227 (СССР). Цифровая система связи. / Авт: Котиков И.М., Черный В.Э., Вайс Э.А., Кордонский Б.Ш., Мартынов Л.М./ 1988.