автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Оптимизация характеристик пассивных функциональных устройств СВЧ с Т-волнами

На правах рукописи

Шикова Людмила Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ С Т- ВОЛНАМИ

05.12.07 - Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов-2012

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры» и Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Мещанов Валерий Петрович

Официальные оппоненты:

Аристархов Григорий Маркович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики», заведующий кафедрой электроники и микроэлектронных средств телекоммуникаций Борзов Андрей Борисович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», заведующий кафедрой СМ-5 «Автономные информационные и управляющие системы» Иванченко Владимир Афанасьевич, доктор физико-математических наук, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского», ведущий научный сотрудник лаборатории физики полупроводников ПИИ механики и физики

Ведущая организация:

ОАО «НПП «Алмаз» (г. Саратов)

Защита состоится 25 октября 2012 г. в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.».

Автореферат разослан 10 сентября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Димитрюк А. А.

—- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пассивные устройства СВЧ являются важной составляющей частью компонентной базы современной радиоэлектронной аппаратуры. Они выполняют разнообразные функции по обработке сигналов: деление, сложение, фазовое смещение, направленное ответвление, согласование и заданное рассогласование, трансформацию волновых сопротивлений, фильтрацию и другие функции. Оптимизация АЧХ и (или) ФЧХ функциональных устройств в максимально широкой рабочей полосе частот не теряет своей актуальности. Самыми перспективными для достижения максимально возможной ширины рабочей полосы частот базовыми элементами, образующими структуры пассивных функциональных устройств, являются отрезки одиночных и связанных линий передачи (ЛП) с Т-волнами.

Наиболее широкополосными и перспективными для практики являются ступенчатые и плавные нерегулярные линии передачи1 (НЛП). История исследований структур из ступенчатых и плавных НЛП, а также исследований, разработок и производства устройств СВЧ на их основе насчитывает более восьми десятилетий.

Весомый вклад в исследование и совершенствование пассивных функциональных устройств с Т-волнами внесли отечественные ученые: Аристархов Г. М., Богданов А. М., Бунимович Б. Ф., Вольман В. И., Вольперт А. Р., Воскресенский Д. И., Горбачев А. Г., Давидович М. В., Кац Б. М., Литвиненко О. Н., Мапорацкий Л. Г., Метельникова И. В., Мещанов В. П., Митрохин В. Н., Михалевский В. С., Модель 3. И., Неганов В. А., Нейман М. С., Никольский В. В., Пистолькорс А. А., Рейзенкинд Я. А., Сазонов Д. М., Салий И. Н., Следков В. А., Сестрорецкий Б. В., Сошников В. И., Стародубровский Р. К.,

Тищенко В. И., Фельдштейн А. Л., Хвалин А. Л., Цоц (Разукова) И. А., Чернышев С. Л., Чумаевская Г. Г.2

Плодотворно работали в этом направлении и зарубежные ученые: Arndt F., Bandler J.W, BolinderF, Cohn S. В, Collin R. E, Cristal E. G, Gupta К. С., Jones E. M. T, Kammler D, Kuroda K, Lange G, Levy R„ MatthaeiG. L, Mitra S. K, Monteath G. D, Riblet H. J, Richards P. I, Saulich G, Schiffman B. M, Shelton J. P, Temes G. C, Tresselt С. P, Wenzel R. J, Wilkinson E. J, Wolfe J. J, Yamamoto S., Young L.2

Среди ступенчатых наиболее изученными структурами функциональных устройств СВЧ являются структуры класса I [Л1-ЛЗ], представляющие собой каскадное включение отрезков регулярных одиночных либо

1 Наряду с термином «нерегулярные линии передачи» в научно-технической литературе часто встречается термин «неоднородные линии передачи», который употребляется в том же смысле.

2 Фамилии расположены в алфавитном порядке, их список не претендует на исчерпывающую полноту.

связанных ЛП одинаковой длины с разными значениями волновых сопротивлений либо коэффициентов связи.

Ступенчатые структуры класса II были предложены и начали исследоваться позднее [JI4, Л5]. Они образуются каскадным включением отрезков регулярных одиночных или связанных ЛП, различных по длине, с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений или коэффициентов связи. Их преимуществами по сравнению со структурами класса I являются уменьшенные габаритные размеры, значительно меньшее число типов нерегулярностей, возможность унификации конструкций.

Плавные одиночные и связанные НЛП менее изучены по сравнению со ступенчатыми. Однако они обладают рядом уже доказанных на практике преимуществ перед ступенчатыми [Л6-Л8].

Цель исследования - оптимизация АЧХ и (или) ФЧХ пассивных функциональных устройств СВЧ на линиях передачи с Т-волнами. Достижение поставленной цели осуществляется в результате решения задач параметрического синтеза функциональных устройств. При постановке задач синтеза используется минимаксный критерий.

Основные задачи исследования:

1. Разработка алгоритмов и программ анализа и параметрического синтеза устройств СВЧ с Т- волнами.

2. Синтез фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений (TBC) на основе новых структур, образованных каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений.

3. Синтез фильтров на основе ступенчатых и плавных (одиночных и связанных) ЛП с согласованными и несогласованными нагрузками, в том числе на основе тандемного включения отрезков связанных ЛП.

4. Сиитез направленных ответвителей (НО) на основе одноэлементных и многоэлементных связанных плавных НЛП.

5. Синтез фиксированных фазовращателей (ФФ) на основе новых структур из одиночных и связанных ЛП.

6. Сиитез малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей и трансформаторов волновых сопротивлений.

7. Анализ предельных диапазонных свойств направленных ответвителей и трансформаторов волновых сопротивлений на основе ступенчатой структуры класса II.

8. Внедрение расчетно-экспериментального метода оптимизации для минимизации отклонений теоретических АЧХ и (или) ФЧХ от экспериментальных частотных характеристик синтезируемых устройств.

Методика и средства проведения исследования. Проведенное исследование базировалось на методах теории многополюсников, теории матриц, методах нелинейного программирования, расчетно-эксперименталыюм методе оптимизации. Частотные характеристики

устройств описывались в приближении Т-волн с помощью классических и волновых матриц передачи и рассеяния. Для решения задач параметрического синтеза использовались методы выравнивания максимумов, линеаризации Пшеничного, Е-наискорейшего спуска Демьянова и Малозсмова, метод сопряженных градиентов.

Результаты и положения, выносимые на защиту

1. Программа параметрической оптимизации устройств СВЧ с Т- волнами, включенная в Реестр программ для ЭВМ.

2. Решены задачи синтеза фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений, структура которых образована каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Найдены основополагающие закономерности распределения электродинамических параметров базовых элементов структуры, из которых следуют, в частности, необходимые условия для обеспечения максимальной (предельной) ширины рабочей полосы частот: нечетное число ступеней и симметрия структуры -для фильтров; четное число ступеней и антиметрия структуры - для трансформаторов волновых сопротивлений и для устройств, выполняющих одновременно функции фильтра и трансформатора волновых сопротивлений.

3. Для фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавно-нерегулярных линий передачи установлен принципиально новый класс оптимальных решений задачи параметрической оптимизации, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных линий передачи, увеличить уровень передаваемой мощности.

4. Решены задачи синтеза направленных ответвителей на основе одноэлементных и многоэлементных связанных плавных НЛП. Найдены оптимальные с точки зрения практической реализуемости решения, которые обеспечивают совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления (с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 25) и направленности (более 30 дБ).

5. На основе новых структур, образованных каскадным включением чередующихся отрезков одиночных регулярной и нерегулярной ЛП разной длины, решены задачи синтеза фильтров гармоник и полосио-пропускающих фильтров, обладающих, вследствие исключения электрических нерегулярностей, более совершенными характеристиками, чем фильтры на ступенчатых одиночных линиях передачи.

6. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей новых структур на связанных линиях передачи (регулярных, ступенчатых, одно-

элементных плавных и миогоэлементных). Найденные решения, в отличие от известных, учитывают параметры всех базовых элементов синтезируемой структуры.

7. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей иа одиночных линиях передачи. Результаты защищены шестью патентами. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные линии передачи с параллельно включенным в центре структуры ко-роткозамкнутым шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением 2 двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 22.

8. Решены задачи синтеза малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей на связанных ЛП, а также трансформаторов волновых сопротивлений на основе новых структур на одиночных ЛП со шлейфами и конденсаторами, содержащих меньшее число нерегулярностей и отличающихся уменьшенными продольными размерами по сравнению с ранее известными.

9. Установлены предельные диапазонные свойства направленных ответвителей на связанных линиях передачи и трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных линиях передачи, структуры которых образованы каскадным включением отрезков, у которых длины разные, а коэффициенты связи (для ответвителей) и волновые сопротивления (для трансформаторов) принимают два чередующихся значения.

Аргументированность, достоверность и обоснованность результатов работы. Использование приближения Т-волн при построении математических моделей базировалось на допущении малости поперечных размеров ЛП и нерегулярностей в них по сравнению с длиной волны. Такой подход, основанный на использовании основной (упрощенной) математической модели, оправдывает многолетний и успешный опыт исследований в различных областях науки и техники [Л9, Л10]. Разработанные программы анализа и параметрической оптимизации апробировались решением тестовых задач. В пользу достоверности результатов свидетельствуют полученные экспериментальные характеристики разработанных функциональных устройств СВЧ и результаты внедрения их в производство.

Научная новизна работы.

1. Впервые решены задачи синтеза трансформаторов волновых сопротивлений на основе структуры, образованной каскадным включением отрезков одиночных линий передачи разной длины, волновые сопротивления которых равны согласуемым волновым сопротивлениям. Установлено, что для получения оптимальных частотных характеристик структура должна быть антиметричной. Найдены условия антиметрии структуры. Установлено, что продольные размеры трансформаторов на основе исследованной структуры монотонно уменьшаются с ростом перепада согласу-

емых волновых сопротивлений и всегда меньше продольных размеров трансформаторов волновых сопротивлений на основе ступенчатой структуры класса I.

2. Предложены новые структуры малогабаритных трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных ЛП с конденсаторами и со шлейфами, содержащие меньшее число нерегулярностей, по сравнению с ранее известными. Структуры защищены 2 патентами на изобретения. Решены задачи синтеза трансформаторов волновых сопротивлений на основе этих структур.

3. Впервые решены задачи синтеза фильтров гармоник на основе структуры, образованной каскадным включением нечетного числа отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Установлено, что для получения оптимальных частотных характеристик структура должна быть симметричной. Найдены условия симметрии структуры.

4. Предложена новая структура многоэлементной плавной линии передачи, образованная каскадным включением регулярных и нерегулярных экспоненциальных отрезков одиночных линий, защищенная авторским свидетельством на изобретение. Найдены оптимальные параметры фильтров гармоник и полосно-пропускающих фильтров на основе этой структуры. Показана важная в прикладном отношении возможность построения фильтров на основе многоэлементной коаксиальной ЛП, диаметр внутреннего проводника которой изменяется по закону плавной кусочно-линейной функции. Экспериментальное исследование коаксиального фильтра гармоник и микрополоскового полосно-пропускающего фильтра подтвердило общность и эффективность использования Т-модели при синтезе фильтров на основе многоэлементной ЛП.

5. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтров гармоник на одиночных ступенчатых линиях передачи с учетом ограничений на величины волновых сопротивлений звеньев.

6. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтров гармоник на основе тандемного включения отрезков связанных регулярных или ступенчатых ЛП. Структуры защищены авторским свидетельством на изобретение. Проведен сравнительный анализ полученных решений.

7. При решении задач синтеза фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавных ЛП найден принципиально новый класс оптимальных решений, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных ЛП, увеличить уровень передаваемой мощности.

8. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтра нижних частот на основе новой структуры, образованной тандемным соединением двух связанных плавных ЛП с выходными плечами, нагруженными на несогласованные нагрузки. Показано, что использование такой структуры позволяет существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, по сравнению с известными фильтрами.

9. Предложены три новые структуры фиксированных фазовращателей на одиночных ЛП, защищенные шестью патентами на изобретения и полезные модели. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные ЛП с параллельно включенным в центре структуры ко-роткозамкнутым шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением 2 двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Ъ. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей на основе этих структур. Показана эффективность применения расчетно-экспериментального метода оптимизации в процессе синтеза.

10. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей на основе модифицированных ступенчатых структур на связанных ЛП. Их отличием от известных является то, что в фазосдвигающем канале соединение плеч отрезков связанных линий выполнено в виде отрезка регулярной ЛП, длина которого учитывается в процессе оптимизации. Структуры защищены авторским свидетельством на изобретение.

11. Найдены оптимальные электродинамические параметры фиксированных фазовращателей: электрические длины и коэффициенты связи. Структура фазосдвигающего канала фазовращателей представляет собой четырехполюсник, образованный из тандемного включения отрезков регулярных связанных ЛП. Показано, что использование тандемного включения в структуре позволяет одновременно уменьшить и коэффициент связи, и длины отрезков связанных ЛП без ухудшения фазочастотных характеристик по сравнению с ранее известными фазовращателями.

12. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фиксированных фазовращателей на основе отрезка симметричных нерегулярных связанных ЛП.

13. Предложена новая структура направленного ответвителя, образованная каскадным включением чередующихся отрезков нерегулярных и регулярных связанных ЛП, отличающихся длинами и коэффициентами связи. Структура защищена авторским свидетельством на изобретение. Найдены электродинамические параметры базовых элементов структуры, обеспечивающие чебышевские характеристики переходного ослабления в рабочей полосе частот при меньших значениях максимального коэффициента связи по сравнению со ступенчатыми направленными ответвителями класса I.

14. Решены задачи параметрической оптимизации и найдены новые закономерности в распределении длим ступеней трехступенчатых симметричной и несимметричной структур класса II, позволяющие вдвое сократить габариты простейших одноэлементных направленных ответвителеп. Полученные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом на изобретение.

Практическая значимость работы определяется следующим:

1. Оптимальные параметры, найденные при решении задач параметрического синтеза функциональных устройств СВЧ на основе исследованных структур, представлены в виде таблиц. Их использование дает исчерпывающую информацию для проведения инженерных расчетов конкретных функциональных устройств СВЧ.

2. Таблицы оптимальных параметров, построенные в приближении Т-волн, представляют собой новые классы оптимальных решений для новых и известных ранее структур трансформаторов волновых сопротивлений, направленных ответвителей, фильтров, фиксированных фазовращателей. Эти решения следует рассматривать как базовые, основополагающие. Их практическое использование может быть осуществлено двумя основными способами.

В первом случае найденные решения реализуются непосредственно (без уточнения модели) на коаксиальных, полосковых, микрополосковых ЛП. При необходимости здесь могут применяться также различные способы экспериментальной подстройки, либо могут вводиться специальные ограничения на этапе постановки задачи параметрической оптимизации.

Во втором случае они используются как первые приближения для применения расчетно-экспериментального метода оптимизации. Этот метод позволяет скорректировать найденные решения путем использования результатов эксперимента или модели более высокого уровня точности.

Таким образом, таблицы оптимальных решений, найденных в приближении Т-волн, обладают значительной общностью и имеют широкую область практического применения.

3. Разработанные программы анализа и параметрической оптимизации обладают достаточной общностью: их можно использовать для решения задач анализа и синтеза различных функциональных устройств СВЧ; полученные на их основе оптимальные электродинамические параметры могут быть использованы в различных рабочих диапазонах частот синтезируемых устройств.

4. Программы анализа и параметрической оптимизации, найденные решения задач синтеза, а также конструкции функциональных устройств СВЧ на ступенчатых и плавных линиях передачи, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, внедрены в практику: научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые проводились в ОАО «Центральный научно-исследовательский институт измери-

тельной аппаратуры» (ЦНИИИА) по комплексным целевым программам Министерства обороны РФ и Министерства промышленности и торговли РФ, а также конкретные устройства, которые выпускаются (в том числе серийно) в ОАО ЦНИИИА по прямым поставочным договорам с предприятиями оборонно-промышленного комплекса.

Личный вклад. Основной научный вклад в работы, результаты которых отражены в разделах «Научная новизна», «Результаты и положения, выносимые на защиту», принадлежит автору. В работах [18, 21, 33, 34] автор принимал участие в решении поставленных задач и анализе полученных результатов; задачи в этих работах поставлены А. П. Креницким.

Апробация работы. Основные результаты обсуждались на Всесоюзной научной сессии НТО им. Попова (г. Днепропетровск, 1977 г.), VII Республиканской конференции по радиоизмерениям (г. Каунас, 1977 г.), Всесоюзных научных семинарах (г. Москва, 1984, 1985 гг.), Всесоюзных научно-технических конференциях (г. Новосибирск, 1984 г.; г. Одесса, 1988 г.; г. Суздаль, 1989 г.), Межведомственных научно-технических конференциях (г. Киев, 1978 г., г. Саратов, 1986, 1987, 1989 гг.), IX Международной школе-семинаре «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г. Самара, 1997 г.), 8-й Международной Крымской конференции (г. Севастополь, Крым, Украина, 1998 г.), Международной конференции «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления» (г. Нижний Новгород, 2002 г.), 2-м, 4-м и 6-м рабочих семинарах IEEE Saratov-Penza Chapter (г. Саратов, 1998, 2000, 2002 гг.), II и III Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов» ( г. Самара, 2003 г.; г. Волгоград, 2004 г.), VII, XIII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2001, 2007 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано в открытой печати 88 работ, среди которых 2 монографии, 2 статьи в ведущих международных научных журналах, 35 статей в центральных научных журналах из перечня ВАК, 3 авторских свидетельства, 11 патентов на изобретения и полезные модели, 1 свидетельство об официальной регистрации программы в Реестре программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения, списка литературы из 166 наименований. Работа изложена на 312 страницах, содержит 107 рисунков, 78 таблиц и 17 страниц списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулировку цели и основных задач. Во введении излагаются научная новизна и практическая значимость работы, а также краткое содержание ее по главам.

Глава 1 посвящена методологии синтеза, анализу функциональных устройств, задачам параметрического синтеза, а также алгоритмам и программам, реализующим методы анализа и оптимизации устройств СВЧ.

Методология синтеза базируется на двух принципах:

1. Использование модели в приближении Т-волн. Такая модель является основной (упрощенной) моделью объекта синтеза. Использование упрощенной модели не только позволяет реализовать потенциальные (предельные) возможности исследуемых структур устройств СВЧ, но и обеспечивает общность (независимость от конкретного рабочего диапазона частот) результатов решения задач синтеза [J15].

2. Использование эффективного расчетно-экспериментального метода синтеза, который позволяет, при необходимости, скомпенсировать погрешность основной модели путем обращения к модели более высокого уровня, либо к результатам эксперимента [JI6],

В разделе, посвященном анализу функциональных устройств, излагаются процедуры построения математических моделей АЧХ и (или) ФЧХ объектов синтеза. Модели функциональных устройств определяются типом структур электрических цепей синтезируемых устройств. В этом разделе, как и в диссертации в целом, рассматриваются структуры как на одиночных линиях передачи, так и на связанных. Те и другие структуры разделяются на ступенчатые и плавные. Ступенчатые структуры, в свою очередь, подразделяются на структуры класса I, структуры класса II и кусочно-нерегулярные структуры. Плавные структуры подразделяются на плавно-нерегулярные, структуры с экспоненциальными звеньями, с кусочно-линейной геометрией, многоэлементные структуры.

Третий раздел главы 1 посвящен задачам параметрического синтеза. Используется минимаксный критерий оптимальности. Ему соответствуют две постановки задачи синтеза3.

Прямая задача: для заданного перекрытия % рабочего диапазона частот определить значения вектора варьируемых параметров V, при которых достигается

min max |с0 (в) - С (У,в )|, (1)

V ве[в],в2у v 1

где в = 2кХср jX - обобщенная частотная переменная; Я - длина волны в ЛП; Хср - средняя длина волны, соответствующая средней частоте рабочего диапазона; [01(02] ~ рабочая полоса частот; % = в2 / в]; С(У,в) - математическая модель АЧХ или ФЧХ синтезируемого устройства (аппроксимирующая функция); Сд (в) - аппроксимируемая (требуемая, идеальная) функция.

3 Рассматриваются примеры однокритериальных задач.

11

Обратная задача (задача о максимальном расширении рабочей полосы частот [ЛИ]): для заданного максимального уклонения Д аппроксимирующей функции от аппроксимируемой найти максимальное значение коэффициента перекрытия х = / &„,,„ и значения вектора варьируемых параметров А, при котором

тЛ.тадХ jQ(ö)-C(K,e)| = A. (2)

v lümin »"max J

Фактически Д = fix), и эта функция носит название «альтернансной функции» [Л11].

Задачи типов (1), (2) решались с помощью разработанных программ, в которых реализованы методы: е-наискорейшего спуска, выравнивания максимумов и линеаризации Пшеничного. Эти методы предназначены для решения дискретных минимаксных задач: min шах fi{x). Поэтому

хеЕп i=],2,...,N

от непрерывных задач (1), (2) переходим к дискретным задачам, вводя на отрезках [0i,02]> [ömin'^max] сетки из yV] и N2 точек соответственно

{Ni,N2 >>") ■

Более простым для практической реализации является метод е-наискорейшего спуска [Л 12]. В нем для нахождения направления спуска на каждом шаге итерационного процесса решается задача квадратичного программирования:

min и

Z uifi{xk)

ы/=1,М/>0,

где I£(xk) = \i:fi(xk)>F(xk)-s, г = 1,М,е>0. F(xk) = max /¡(хк).

i=\,2,...,N

Этот метод является обобщением метода наискорейшего спуска и имеет геометрическую скорость сходимости. Для ускорения сходимости он используется в сочетании с методом выравнивания максимумов [Л12].

В методе линеаризации Пшеничного [Л 13] для нахождения направления спуска решается задача выпуклого программирования:

+ {¡Pkf ) {fibk),Pk) + fi{xk)-ß< о, i б Ie (Хк).

Этот метод обладает квадратичной скоростью сходимости, если число индексов в 1о(х*), где х* - решение задачи, на единицу больше числа переменных. Если все f,(x) линейны, то он конечный.

В четвертом разделе главы рассматриваются алгоритмы и программы синтеза, реализующие метод Е-наискорейшего спуска в сочетании с методом выравнивания максимумов и метод линеаризации Пшеничного.

Глава 2 содержит результаты решения задач синтеза трансформаторов волновых сопротивлений (TBC) на одиночных линиях передачи, вы-

12

полняющих функцию согласования активных сопротивлений р0 и p0R.

В разделе 2.1 представлены результаты синтеза TBC на основе ступенчатой структуры класса II (рис. 1).

РЛ

P«R

Рй

h

Ро

II -л,

Рис.1. Ступенчатая структура класса II

Задача (1) для случая TBC, где аппроксимируемая функция Fo(0) = О, формулируется следующим образом: для заданных перекрытия ^рабочей полосы частот (полосы согласования), числа ступеней от, перепада согласуемых волновых сопротивлений R определить значение вектора варьируемых параметров V, при котором достигается

min max Ir(V,0 )|, У 0е[0|,02]

где в = 2nÄcplА, - обобщенная частотная переменная; А- длина волны в ЛП; Хср - средняя длина волны, соответствующая средней частоте рабочего диапазона; 02 ]-полоса согласования; j = / ^; ^(К.б1)! -модуль входного коэффициента отражения; V = {l\jЯср, 12/Яср, ...,1т/2/где

Ii - длины звеньев, / = 1, от /2, от - число звеньев (четное число). Размерность вектора ^выбрана равной т/2: решение задачи (1) для этой структуры показало, что для достижения оптимума необходимо выполнение условия антиметрии структуры. Для структуры класса II условие антиметрии имеет место, когда длины звеньев связаны соотношением: lt = lm+ .

Задача (2) для случая TBC: для заданных числа ступеней от, перепада волновых сопротивлений и максимально допустимого значения модуля входного коэффициента отражения |Г| в полосе согласования

[Лиш'Лиахг] найти максимальное значение коэффициента перекрытия X = Л,1!ах / Ämin и длины ступеней, при которых min max |Г(К,Я)| = |Г|

г/ j Г з з 11 V 'I I *max

у лц,лтт'лтах\ где V = (ll/Äm ах, ¡2 / А-тах' ■■■> 1т/2 ^ ^max ) ■

При исследовании структуры класса II путем решения сформулированных задач установлено следующее:

1. С ростом числа ступеней от длина TBC, нормированная на максимальную длину волны Ятах, монотонно возрастает и стремится к своему

предельному значению. В рабочей полосе частот АЧХ TBC на основе т-ступенчатой структуры класса II и т/2- ступенчатой структуры класса I соответствуют друг другу. При одинаковом допуске на рассогласование |Г~| „ полоса согласования TBC класса II при вдвое меньшей длине всего

на 3-И0% уже, чем у соответствующего TBC класса I.

2. Номер максимальной по длине ступени зависит от значения R и от числа ступеней т. Так, для Л = 1.1 при т <18 максимальную длину имеют вторая и (/и-1)-я ступени, а при 20< от<50 - четвертая и (я?-2)-я. Для R = 5 при т < 42 максимальную длину имеют вторая и (те -1) -я ступени, а при 44</7?<50 - четвертая и (т-2)-я. Для = 10,100 при т< 50 максимальную длину имеют вторая и предпоследняя ступени. В этом случае длины ступеней удовлетворяют следующему соотношению:

ll=lm<h=lm-2<-<lm-3=U<lm-l=h-3. Амплитудно-частотные характеристики TBC обоих классов аналогичны АЧХ полосовых фильтров (рис. 2). При этом полоса пропускания TBC класса I несколько шире, чем у TBC класса II. Однако у TBC класса II полоса заграждения значительно шире.

—класс I, т=5 — класс II, т=10

во

В

Е

й

•9«

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 —класс!, т=10 —класс II, т=20

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

1и/\ .л. л .л

0 3 б 9 12 15 18 21 24 27 30 —класс 1,ш=20 —класс II, т=40

0

9 12 15 18 21 24 27 30

Относительная длина волны Х^/Х Рис. 2. АЧХ TBC классов I и II при различном числе ступеней для R=5

4. Для TBC класса I максимальное значение коэффициента отражения в полосах заграждения ограничено перепадом волновых сопротивлений согласуемых ЛП и равно (R-\)/(R + \). Для TBC класса II в первой полосе заграждения \Г\ =(R-\) / (R + \), как и для TBC класса I, а во второй полосе заграждения ~ 1 •

5. С ростом числа ступеней полосы пропускания TBC классов I и II расширяются. Для TBC класса II с ростом т скорость роста модуля коэффициента отражения Л^Г\1 Л{Лтах /X) в зоне перехода от полосы пропускания к полосе заграждения значительно увеличивается по сравнению с TBC класса I. При т—>оо Л\Г\/л{Хтах / А)->оо. Таким образом, на основе структуры класса II могут быть построены фильтры нижних частот, близкие по своим характеристикам к идеальным.

В разделе 2.2 изложены результаты синтеза TBC на основе модифицированной ступенчатой структуры класса II (рис. 3), на входе которой параллельно включен короткозамкнутый шлейф, на выходе - последовательно включен разомкнутый шлейф.

ZI}R Zn

Zffi

irL

ty ¡m-1

L-rh

z* ZUR

-o

L-i,

Рис. 3. Структура класса II со шлейфами Задача синтеза (2) ставится следующим образом: для заданных значений числа ступеней т, перепада волновых сопротивлений R и максимального значения модуля входного коэффициента отражения \Г~\тах в рабочей

полосе частот найти максимальное значение относительной шири-

ны полосы частот м> = 2(в2 длины и волновые сопротивле-

ния ступеней и шлейфов, при которых

min тах \г(у,в)\=\г\ ,

V flefa.flj]1 V А ' >тах где V = (lx/Äcp, 12/Хср..... Im/l1 KP'lJhp'zs\tzb) - вект°Р варьируемых параметров; Г(у,в)- функция коэффициента отражения, 9 = 2лХ/ Хср- частотная переменная, Я - длина волны; дх,в2 - нижняя и верхняя границы рабочей полосы частот.

Численный эксперимент показал, что, как и в случаях трансформаторов классов I и II без шлейфов, для исследуемой структуры (со шлейфами) условия антиметрии являются необходимыми для достижения глобального минимума целевой функции в задаче (2). Найдены условия антиметрии исследуемого трансформатора: /,• = /„,_,■+]; ls\= ls2 = ls; ZX\ZS2 = ZßR; і = \,m. Учет условий антиметрии позволил вдвое уменьшить размерность вектора К варьируемых параметров и тем самым упростить ее решение. При исследовании этой структуры установлено следующее: 1. от-ступенчатый TBC класса I и 2от-ступенчатый TBC класса II с двумя шлейфами при одинаковых значениях R и \^\тс1Х имеют близкие характеристики в рабочей полосе частот (см. рис. 4).

0.8 0.6 0.4 0.2 0

\ (f

\\ \

\\

\

V . J /

-класс I ■класс II

ftp ад

1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

\

\ /У

\ / /

VV / /

V и

-класс I ■ класс II

6 9 б

в, рад

■класс I -класс II

12 9,рад

Рис. 4. Сравнение модуля коэффициента отражения ступенчатых TBC с двумя шлейфами (двухступенчатых класса I и четырехступенчатых класса II) для |Г|отсо.=0.003: (а) Л=10; (б) R=3; (в) К= 1.5

2. С ростом числа ступеней от, как и в ступенчатых трансформаторах без шлейфов, растут длина трансформатора Ь и относительная ширина ра-

бочей полосы частот уу=2(02 в которой модуль входного

коэффициента отражения |Г|<|Г| . При этом для Л>2 с увеличением

Л ширина полосы м> и длина Ь уменьшаются.

3. С ростом т волновые сопротивления параллельно включенных шлейфов увеличиваются, а последовательно включенных - уменьшаются.

4. Для одинаковых т и |Г|Л1ахс увеличением Л волновые сопротивления параллельно включенных короткозамкнутых шлейфов уменьшаются, а последовательно включенных шлейфов - возрастают.

5. Добавление шлейфов позволяет получить более широкополосный и короткий трансформатор, чем получающийся при добавлении в структуру двух ступеней. Причем выигрыш в габаритах растет с ростом Л. В частности, для Л = 1.5 двухступенчатая структура со шлейфами более широкополосна и имеет в три раза меньшую длину, чем шестиступенчатая структура без шлейфов. Для Я = 3 и Л =10 двухступенчатые структуры со шлейфами более широкополосны и примерно в два раза короче соответствующих четырехступенчатых структур без шлейфов.

В разделе 2.3 изложены результаты исследования модифицированных структур на регулярной линии передачи. В структуре первого типа (рис. 5, а) на разных расстояниях от входа отрезка регулярной ЛП параллельно включены разомкнутые шлейфы. Волновые сопротивления шлейфов одинаковые, а длины разные. В структуре второго типа (рис. 5, б) на разных расстояниях от входа отрезка однородной ЛП параллельно включены емкости, отличающиеся по величине.

Z.1,

Z, I,

Z°R z„

Рис. 5. Структуры трансформаторов стремя параллельными разомкнутыми шлейфами (а), конденсаторами (б) Задача синтеза для трансформатора со шлейфами формулируется следующим образом: для заданных значений перепада волновых сопротивлений согласуемых линий Л>1, длины регулярного отрезка L определить значение вектора варьируемых параметров V, при котором достигается

min max КСВ(У,в );

V вє[еь02}

Е'/ / Ьср = и ЕЧ- 7 = Ш ; = 1. 2т-+ 2, 1=1 і=і где КСВ(у,в) - функция коэффициента стоячей волны напряжения трансформатора, 6 = 2пХ / Хср- частотная переменная, Я - длина волны;

0],02 _ нижняя и верхняя границы рабочей полосы частот;

V = {Z'Zsh>L\' L2..... Lm-Lsl4'Lsh2.....Lsh„,)> Z = Z / Z0 ,

zsh = Zsh/Z0> Li-li/A-cp' Lshj =lshi / ^Cp> ' =

Задача синтеза для TBC с конденсаторами формулируется аналогично. Вектор варьируемых параметров в этом случае

V = (z,Lh ¿2, ..., Lm,chc2.....ст), где z = Z/Z0, Ц = /,■ / Хср,

с, = С,70/ф, i = 1,т, f - средняя частота рабочего диапазона частот.

Показано преимущество предложенных трансформаторов перед ранее известными малогабаритными.

Глава 3 посвящена задачам синтеза фильтрующих устройств на одиночных линиях передачи. Задачи синтеза фильтров с полосой пропускания [01,02] и полосой заграждения [03,64] ставятся в виде: минимизировать по К функцию

w=-{0s[r Jc° -c{vß » мГч ](a Сз ■)} [(3)

где C(V,9)- рабочее затухание для четырехполюсных и переходное ослабление для восьмиполюсных структур; V - вектор варьируемых параметров, с помощью которых описывается C(F,ö); С0 - номинальное значение в полосе пропускания; Сз - уровень заграждения4.

В разделе 3.1 изложены результаты исследования фильтров ступенчатой структуры класса II, из которых следует:

1. Фильтры гармоник (ФГ) на одиночных ступенчатых ЛП класса II обеспечивают достаточный для многих практических целей уровень заграждения гармоник в широкой полосе частот. Такие фильтры по сравнению с ФГ на одиночных ступенчатых ЛП класса I имеют меньшую длину. Благодаря простоте структуры они более технологичны в изготовлении. На рис. б показана оптимальная АЧХ фильтра гармоник для случая: число ступеней т = 9; ширина полосы пропускания К„=30%; заграждаются гармоники полосы пропускания со второй по четвертую; уровень заграждения С3 = 40дБ.

2. Установлены следующие закономерности: структура симметрична, длины ступеней с нечетными (четными) номерами монотонно возрастают (убывают) к центру структуры.

^ Постановка задачи синтеза фильтров в виде (3) является достаточно универсальной, она распространяется п на случай структур на связанных линиях передачи.

18

С(У,в), дБ

60

40

20

О

Рис. 6. Оптимальная АЧХ девятиступенчатого ФГ В разделе 3.2 изложены результаты решения задач синтеза ФГ на основе модифицированной ступенчатой структуры со шлейфами (рис. 7), отличающейся от известной [ЛЗ] использованием звеньев разной электрической длины. Задача синтеза ФГ на основе этой структуры ставилась в виде минимаксной задачи с ограничениями на величины волновых сопротивлений звеньев. Ограничения обеспечивают реализуемость ФГ на мик-рополосковой линии.

Ь

Щ(Рг) і— 1 ЬУо(ро) і

ь 1 и

V¡(рО II

Щ(Рз)

Рис. 7. Топология модифицированной ступенчатой структуры со шлейфами

на микрополосковой линии передачи В результате решения задач синтеза исследованы потенциальные возможности модифицированной структуры ФГ на микрополосковой ЛП. Анализ полученных результатов показывает следующее:

1. Возможно улучшение согласования и реализуемости ФГ при одновременном уменьшении диссипативных потерь в полосе пропускания, увеличении допустимой пропускаемой мощности, уменьшении чувствительности АЧХ фильтров к допускам на изготовление вследствие сниже-

ния величины волновых сопротивлений соединительных отрезков, а в ряде случаев и увеличения полосы заграждения.

2. Возможно расширение полосы пропускания ФГ на МПЛ, увеличение числа заграждаемых гармоник до пятых включительно и повышение уровней подавления гармоник до 50 дБ, т.е. реализация в миниатюрном исполнении ранее нереализуемых шлейфовых ФГ.

В разделах 3.3 и 3.4 представлены результаты исследования фильтрующих свойств структур, содержащих звенья с экспоненциальным законом изменения волнового сопротивления. Эти звенья, в случае их реализации на круглых коаксиальных ЛП, становятся весьма просто реализуемыми: диаметр коаксиальной линии в каждом звене меняется по линейному закону. Получены следующие результаты:

1. Решены задачи синтеза ФГ и полосно-пропускающих фильтров (ППФ) на основе новой структуры, образованной каскадным соединением отрезков регулярных и нерегулярных звеньев. Такая структура является аналогом одиночной ступенчатой ЛП класса II и обобщением периодической экспоненциальной ЛП. Проведено экспериментальное исследование коаксиального ФГ (рис. 8) и микрополоскового ППФ (рис. 9), показавшее хорошее совпадение теоретических и экспериментальных частотных характеристик и подтвердившее достаточную точность приближения Т-волн.

О 1 /, Я 2/, 1 4 5

а б

Рис. 8. ФГ на коаксиальной ЛП (а) и его экспериментальная АЧХ (б)

6 1.ГГц

2. Показана важная в прикладном отношении возможность синтеза ФГ и ППФ на основе многоэлементной коаксиальной плавной НЛП, геометрические размеры которой изменяются кусочно-линейно. Найдены оптимальные параметры ФГ и ППФ с кусочно-линейной геометрией и предложена их конструкция.

3. Установлена следующая закономерность распределения длин в ФГ и ППФ на основе рассмотренных структур: в ФГ длины отрезков регулярных ЛП намного меньше, чем длины нерегулярных звеньев; в ППФ эти длины соизмеримы.

4. Показано, что параметрическая оптимизация ФГ на основе многоэлементной ЛП с экспоненциальными звеньями позволяет расширить по-

лосу пропускания, заградить большее число гармоник и увеличить уровень заграждения при меньшей неравномерности АЧХ фильтра в полосе пропускания по сравнению с ФГ на периодической экспоненциальной ЛП.

С(У,0). дБ

Рис. 9. ГТПФ на плавной микрополосковой ЛП (а), его теоретическая и экспериментальная АЧХ (б)

Глава 4 содержит изложение материалов по синтезу фильтров на связанных ступенчатых и плавных ЛП.

Основные результаты, полученные при решении задач синтеза фильтров на основе ступенчатых структур на связанных ЛП и изложенные в разделах 4.1-4.4, позволяют сделать следующие выводы:

1. Среди ступенчатых ФГ на основе каскадного и тандемного включения связанных ЛП наименьшим значением коэффициента связи характеризуется тандемное соединение двух ступенчатых ЛП класса II.

2. Количество заграждаемых гармоник определяется числом звеньев фильтра, а наименьший номер заграждаемой гармоники - структурой фильтра. Так, в ФГ класса II из одиночных ЛП и в ФГ на основе тандемного включения отрезков связанных регулярных ЛП заграждаются гармоники полосы пропускания, начиная со второй. В ФГ на основе связанных ступенчатых ЛП классов I и II и их тандемных соединений не удается заградить вторую гармонику при малом числе ступеней.

3. Величина уровня заграждения зависит от числа заграждаемых гармоник, ширины полосы пропускания и числа ступеней. В смысле сложности реализации ФГ на основе связанных ступенчатых ЛП класса II и их тандемного соединения предпочтительнее ФГ на основе связанных ЛП класса I и их тандемного соединения.

4. Оптимальные параметры ФГ классов I и II распределяются согласно следующим закономерностям: в ФГ класса I коэффициенты связи ступеней монотонно убывают от середины структуры; в ФГ класса II длины отрезков связанных ЛП убывают, а длины отрезков одиночных ЛП возрастают от центра структуры.

5. Рассмотрены новые способы построения оптимальных АЧХ фильтров верхних частот на основе ступенчатых ЛП. Один из предложенных способов позволяет снизить величину максимального коэффициента

связи в ступенчатых ЛП, образующих фильтр. Второй способ в дополнение к указанному преимуществу первого позволяет выполнить условия согласования фильтра в полосах пропускания и заграждения.

В разделах 4.5, 4.6 изложены результаты исследования плавных структур ФГ на связанных ЛП. Они сводятся к следующему:

1. Для ФГ получено два класса решений. Первый класс решений (I, рис. 10, а) характеризуется одним максимальным значением коэффициента связи. Второй класс (II, рис. 10, а) является принципиально новым классом решений, характеризующимся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи. На рис. 10, б, в показана реализация обоих классов решений на связанных полосковых ЛП с прямоугольными внутренними проводниками. Как видно из рисуика, решения второго класса позволяют обеспечить плавность изменеиия геометрических размеров по длине области связи, увеличить уровень передаваемой мощности.

0.7 0.6 0.} ъ 0.4 « 0.3 0.2 0.1 0.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 х'1

а

Рис. 10. Реализация оптимальных решеиий: а - оптимальные решения; б, в - внутренние проводники для решений I и II типов 2. На основе экспериментального исследования подтверждено преимущество плавных связанных неоднородных ЛП перед ступенчатыми. Для экспериментального исследования был изготовлен образец ФГ на связанных полосковых линиях с воздушным заполнением (рис. 11). Теоретические параметры ФГ: граничные частоты полосы пропускания /1=1.87 ГГц ,/2=2.29 ГГц и полосы заграждения /З=3.75 ГГц, /4=15 ГГц; номинальное значение переходного ослабления в полосе пропускания С0=5 дБ; максимальное отклонение функции переходного ослабления от величины С0 в полосе пропускания 3=0.16 дБ; величина заграждения

22

С3=35 дБ. Экспериментально получены следующие данные: С0=5.25 дБ; 3=0.21 дБ; величина заграждения С3 не менее 34.5 дБ (см. рис. 12); КСВ плеч фильтра в диапазоне частот 1.5 ... 15 ГГц не более 1.42. Незначительное смещение экспериментальной АЧХ фильтра в полосе пропускания (кривая 1) от теоретической (кривая 2) объясняется диссипативными потерями в ЛП. Приведенные результаты получены без экспериментальной отладки ФГ. В этом проявляется преимущество плавных НЛП перед ступенчатыми.

Рис. 11. Общий вид фильтра

С(К_0, дБ

40 -30 -20 -

10 -

О 2 4 6 8 10 12 /, ГГц

Рис. 12. Экспериментальная АЧХ направленного ФГ на плавных НЛП

3. Исследованы фильтрующие свойства тандемного включения одноэлементных плавных НЛП. В частности, найдены оптимальные параметры ФГ с номинальным переходным ослаблением 0 дБ в полосе пропускания и полубесконечной полосой заграждения.

Глава 5 содержит результаты исследования фазовращателей фиксированных (ФФ) на одиночных ЛП. Структуры ФФ образуются двумя четырехполюсниками. Один из четырехполюсников представляет собой отрезок регулярной одиночной ЛП, называемой компенсирующей или опорной ЛП. Другой четырехполюсник, называемый фазосдвигающим каналом (ФК), представляет собой нерегулярную одиночную ЛП и характе-

УДДЦДА^^

ризуется тем, что виоеимый им фазовый сдвиг является нелинейной функцией частоты. При подаче на входы этих четырехполюсников воли одинаковой амплитуды и фазы волны в выходных плечах должны быть равны по амплитуде падающим волнам и смещены по фазе на фиксированную величину, называемую фазовым сдвигом.

Структуры ФК на одиночных ЛП (в отличие от связанных ЛП) не являются всепропускающими, поэтому задача синтеза для них ставилась в виде двухкритериальной мииимаксной задачи:

min тах( gi, ag2 ), V /=1,2

S\ =A<P="riaXa

где V - вектор варьируемых параметров, определяемый структурой; (р(у, О) - фазочастотная характеристика ФФ; <р0 - номинальное значение фазового сдвига; в = 2пХср/Ä - частотная переменная; в],в2 - граничные точки рабочего диапазона частот; Я - длина волны; jS,, | - модуль входного коэффициента отражения; а - весовой множитель.

При исследовании трех новых структур ФК из одиночных ЛП со шлейфом (разделы 5.1, 5.2, 5.3) получены следующие результаты:

1. Решены задачи синтеза ФФ на основе новых структур ФК - симметричных одиночных ЛП (ступенчатых классов I, II и плавной) с корот-козамкиутым шлейфом, включенным параллельно в центре структуры. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного ко-роткозамкиутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением Z, двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Z. Проведен расчет оптимальных параметров фазовращателей для номинальных значений фазового сдвига равных 11.25°, 22.5°, 45°, 90° и 135°. Установлено, что увеличение числа элементов структур позволяет значительно улучшить КСВ при небольших улучшениях ФЧХ.

2. Для структуры класса I установлено, что волновые сопротивления ступеней монотонно убывают от подводящих линий к центру структуры и с увеличением <pQ происходит уменьшение нормированных значений волновых сопротивлений шлейфа и отрезков. Проведено экспериментальное исследование 90° микрополоскового фазовращателя в полосе частот от 2 до 4 ГГц. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными сопоставимо с известными результатами. Фазосдвигающий канал выполнен в двух вариантах с одним короткозамкнутым шлейфом и двумя -разомкнутым и короткозамкнутым. На рис. 13 приведены фотографии изготовленных микрополосковых плат фазовращателей.

61.5 мм а

52 мм б

в

Рис. 13. Фотографии опорного (а) и фазосдвигающих каналов (б, в)

3. Для структуры класса II установлено, что длины отрезков с волновым сопротивлением 2 монотонно возрастают, а длины отрезков с волновым сопротивлением Zo, равным волновому сопротивлению подводящих ЛП, монотонно убывают к центру одиночной ЛП, длина шлейфа меньше длины центрального отрезка. При этом общая длина ФК I/ Хср значительно меньше длины ФК структуры класса I.

4. Для ступенчатой структуры класса II и структуры на плавной одиночной ЛП при решении задачи синтеза использован расчетно-экспериментальный метод оптимизации. Показана эффективность его применения в процессе параметрической оптимизации фазовращателей на микрополосковой ЛП. Всего одна итерация этого метода позволила свести к минимуму расхождение теории и эксперимента.

Глава 6 посвящена фазовращателям на связанных ЛП. Структуры фазосдвигающего канала ФФ на связанных ЛП являются всепропускаю-щгши, поэтому задача синтеза ставилась в виде однокритериальной минимаксной задачи:

тт тах \ (рц-(р(У,9) |, V 0б[01, 02]

где ср0 - номинальное значение сдвига фазы; ср(У,в)- фазочастотная характеристика ФФ, определяемая его структурой.

При исследовании новых структур ФФ на связанных ЛП (разделы 6.1 -6.6) получены следующие результаты:

1. Решены задачи синтеза ФФ на основе отрезка регулярных связанных ЛП и проведен их сравнительный анализ. Установлено, что введение соединительного отрезка в структуру Шиффмана позволяет построить фиксированные фазовращатели с большим значением фазового сдвига 1^0>135°).

2. Предложена и исследована более оптимальная по критерию реализуемости структура ФФ на основе отрезка симметричных связанных нерегулярных ЛП, показанная на рис. 14.

2 о 4

Рис. 14. Структура ФФ на основе отрезка связанных нерегулярных ЛП

3. Впервые исследованы фазосдвигающие свойства структуры на основе тандемного включения отрезков регулярных связанных ЛП. Найдены оптимальные параметры структуры. Проведенное исследование показало, что использование тандемного включения в структуре позволяет одновременно уменьшить и коэффициент связи, и длины отрезков связанных ЛП без ухудшения ФЧХ по сравнению с ранее известными структурами.

4. Исследованы фазосдвигающие свойства наиболее оптимальных по критерию реализуемости модифицированных ступенчатых структур классов I и II, отличающихся от известных тем, что соединение плеч отрезков связанных линий выполнено в виде отрезка регулярной ЛП, длина которого учитывается в процессе оптимизации. Установлены новые закономерности в распределении параметров структур. Модифицированная обобщенная структура ступенчатых ФФ показана на рис. 15.

Рис. 15. Модифицированная обобщенная структура ступенчатых ФФ В главе 7 представлены результаты решения задач синтеза направленных отвегвителей (НО) на основе новых и известных ранее структур из связанных ЛП. Выделим основные из них:

Решены задачи синтеза малогабаритных НО на связанных ступенчатых ЛП. Среди известных НО на основе связанных ЛП с Т-волнами наименьшие продольные размеры имеют одноступенчатые НО. Они обеспечивают достаточную для большего числа практических приложении ширину рабочей полосы. Длина одноступенчатого НО составляет четверть средней длины волны рабочего диапазона и в длинноволновой части диапазона СВЧ достигает больших размеров. Это делает актуальной задачу минимизации продольных размеров таких НО. В результате проведенных исследований установлены новые закономерности в распределении длин отрезков связанных и несвязанных ЛП в трехступенчатых НО класса II, обеспечивающие сокращение этого размера в два раза по сравнению с одноступенчатыми НО с той же амплитудно-частотной характеристикой в рабочей полосе частот. Исследования проведены для структур с горизонтальной симметрией и полностью симметричной. Найденные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом на изобретение.

Проведено исследование предельных свойств несимметричных ступенчатых НО класса II. Впервые установлены основополагающие закономерности в распределении электродинамических и геометрических параметров т — ступенчатых структур при /и —► оо. Установлено, что с ростом т справа от рабочей полосы НО класса II появляется диапазон частот, в котором переходное ослабление меньше, чем в рабочем диапазоне. При увеличении т ширина обоих диапазонов увеличивается. Таким образом, при большом числе ступеней исследуемая структура может использоваться при построении НО, работающих в двух диапазонах и имеющих разные номинальные значения переходного ослабления в каждом из них.

Решена задача синтеза НО на основе новой симметричной структуры, во всех элементах которой, кроме центрального, устранены электрические неоднородности. Анализ полученных решений показал, что скачок коэффициента связи в центральном элементе и максимальный коэффициент связи всего ответвителя меньше, чем у ступенчатых НО классов I и II, имеющих такую же рабочую полосу частот. Эти отличительные признаки предложенной структуры позволяют повысить направленность ответвителя на высоких частотах и упростить технологию его изготовления. Структура защищена авторским свидетельством на изобретение.

Решена задача синтеза НО на основе отрезка связанных плавных НЛП. Предложена следующая параметризация, определяющая изменение местного (текущего) значения коэффициента связи вдоль области связи:

где п - размерность вектора варьируемых параметров; У-(У/, V,. ..., У„; I -длина отрезка. Задача (1) для НО, где аппроксимируемая функция С0 (9) = С0, имеет вид:

min max \Cq — C(V,9)\, V 0е[б,. в2]

где Cq- номинальное значение переходного ослабления, C(V, 6>) = 10/g^l/|S12|2 j " ФункЦия переходного ослабления, S/2 - элемент

матрицы рассеяния отрезка НЛП. Элемент Sn является решением дифференциального уравнения [Л4]

^¡f- + 2 jßp(z) - jßr( z)(l + 5j22 ) = 0,

где /?=2я/Я - сдвиг фазы; г, р - сопротивление связи и волновое; r(z) = k(z)/sjl-k^(z) ; p(z) = 1 /д/l-k^-(z) . Для нахождения Бц использовано два подхода. При первом подходе для решения неоднородного дифференциального уравнения использовался метод Рунге-Кутта с регулировкой шага, при втором - отрезок НЛП аппроксимировался ступенчатой ЛП класса I с большим числом ступеней.

Найдено оптимальное по числу варьируемых параметров решение задачи параметрической оптимизации, которое обеспечивает совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления и направленности в рабочем диапазоне частот с коэффициентом перекрытия 25. Оно легло в основу разработки, которая была внедрена в серийное производство. Фотография НО приведена на рис. 16.

Рис. 16. НО на связанных плавных ЛП со снятой крышкой Экспериментальные параметры НО: рабочая полоса частот 0.5... 12.5 ГГц; номинальное значение переходного ослабления Со=20.32 дБ; максимальное отклонение переходного ослабления С(в, А) от С0 составляет 0.44 дБ; КСВмакс основного канала 1.17; КСВмакс вспомогательного канала 1.29; минимальное значение направленности 30.4 дБ.

28

В заключении диссертационной работы приведены основные выводы и результаты. Выделим главные из иих:

1. Решены задачи синтеза фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений, структура которых образована каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Найдены основополагающие закономерности в распределении электродинамических параметров базовых элементов структуры, из которых следуют, в частности, необходимые условия для обеспечения максимальной (предельной) ширины рабочей полосы частот: нечетное число ступеней и симметрия структуры -для фильтров; четное число ступеней и антиметрия структуры - для трансформаторов волновых сопротивлений и для устройств, выполняющих одновременно функции фильтра и трансформатора волновых сопротивлений.

2. Для фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавно-нерегулярных линий передачи установлен принципиально новый класс оптимальных решений задачи параметрической оптимизации, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных линий передачи, увеличить уровень передаваемой мощности.

3. Решены задачи синтеза направленных ответвителей на основе одноэлементных и многоэлемеитных связанных плавных НЛП. Найдены оптимальные с точки зрения практической реализуемости решения, которые обеспечивают совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления (с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 25) и направленности (более 30 дБ).

4. На основе новых структур, образованных каскадным включением чередующихся отрезков одиночных регулярной и нерегулярной ЛП разной длины, решены задачи синтеза фильтров гармоник и полосно-пропускающих фильтров, обладающих, вследствие исключения электрических нерегулярностей, более совершенными характеристиками, чем фильтры на ступенчатых одиночных линиях передачи.

5. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей новых структур из связанных линий передачи (регулярных, ступенчатых, одноэлементных плавных и многоэлемеитных). Найденные решения, в отличие от известных, учитывают параметры всех базовых элементов синтезируемой структуры.

6. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей из одиночных ЛП. Решения защищены шестью патентами. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные линии передачи с параллельно включенным в центре структуры короткозамкнутым

шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением Z двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Z.

7. Решены задачи синтеза малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей на связанных ЛП, а также трансформаторов волновых сопротивлений на основе новых структур из одиночных ЛП со шлейфами и конденсаторами, содержащих меньшее число нерегулярностей и отличающихся уменьшенными продольными размерами по сравнению с ранее известными.

8. Установлены предельные диапазонные свойства направленных ответвителей на связанных линиях передачи и трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных линиях передачи, структуры которых образованы каскадным включением отрезков разной длины. При этом коэффициенты связи (для ответвителей) и волновые сопротивления (для трансформаторов) принимают два чередующихся значения.

В приложении приведены описания программ параметрической оптимизации, программа параметрической оптимизации, включенная в Реестр программ для ЭВМ, в которой реализован метод линеаризации Пшеничного, и пример использования ее для решения задачи синтеза фазовращателей на связанных ступенчатых ЛП классов I и II.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии

1. Шикова Л. В. Сверхширокополосные микроволновые устройства / А. М. Богданов [и др.]; под ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2001. 560 с.

2. Шикова Л. В. Синтез сверхширокополосных микроволновых структур /А. М. Богданов [и др.]; под ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2005. 514 с.

Статьи в ведущих зарубежных научных журналах

3. Shikova L. V. Directional filters on coupled nonuniform ТЕМ transmissions lines I A. V. Beljaev, A. P. Krenitskiy, V. P. Meschanov, L. V. Shikova И IEEE Trans. 2004. Vol. MTT-52, No. 1. P. 133-138.

4. Shikova L. V. Synthesis of a wideband multiprobe reflectome-ter/5. M. Kats, A. A. Lvov, V. P. Meschanov, L. V. Shikova II IEEE Trans. 2008. Vol. MTT-56, No. 2. P. 507-514.

Статьи в изданиях из перечня ВАК РФ

5. Шикова Л. В. Синтез ступенчатых фильтров гармоник / В. П. Мещанов, А. Л. Фельдштейн, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23, № 3. С. 475-480.

6. Шикова Л. В. Синтез ступенчатых фильтров на основе тандемного включения отрезков связанных линий / В. П. Мещанов, В. М. Логинов,

Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, № 10. С. 2066-2071.

7. ШиковаЛ. В. Фильтры и направленные ответвители на основе тап-демного включения связанных неоднородных линий / В. П. Мещанов. В. М. Логинов, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1981. Т. 26, № 12. С. 2540-2549.

8. ШиковаЛ. В. Машинный синтез фильтров гармоник на основе чередующихся отрезков однородной и неоднородной линий передачи / Е. А. Бачинина, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27, № 11. С. 2121-2126.

9. ШиковаЛ. В. Фильтры на одиночных линиях с плавным изменением волнового сопротивления / В. П. Мещанов, С. А. Салий, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 2. С. 281-286.

10. Шикова Л. В. Синтез ступенчатых переходов II класса /

B. П. Мещанов, С. А. Салий, И. А. Цоц, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 10. С. 1896-1905.

11. Шикова Л. В. Экспериментальное исследование фильтров СВЧ на основе неоднородных линий передачи/ В. П. Мещанов, Б. М. Кац, Л. В. Шикова, И. А. Цоц, В. М. Логинов //Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33, № 1.С. 69-74.

12. ШиковаЛ. В. Синтез ступенчатых фазовращателей на основе линий передачи с Т-волнами / В. П. Мещанов, Л. В. Шикова, И. В. Метелъникова //Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33, № 9.

C. 1845-1852.

13. Шикова Л. В. Исследование структур устройств СВЧ на основе четырехполюсников, образованных из восьмиполюсников /В. П. Мещанов, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1989. Т. 34, № 3. С. 474-484.

14. ШиковаЛ. В. Новые решения задачи синтеза направленных ответ-вителей на неоднородных линиях передачи / В. П. Мещанов, В. Д. Тупикин, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 10. С. 2036-2040.

15. ШиковаЛ. В. Структурный синтез направленных ответвителей на плавных неоднородных линиях передачи / М. В. Лапшова, В. 77. Мещанов, В. В. Оишарин, Л. В. Шикова И Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, №6. С. 1154-1158.

16. Шикова Л. В. Симметричные соединения направленных восьмиполюсников и эквивалентные им четырёхполюсники / В. П. Мещанов, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, № 3. С. 408-416.

17. ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе тандемиого включения отрезков связанных линий / В. П. Мещанов, Т. М. Медокс, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, №3. С. 416-421.

18. ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи класса II со шлейфом / Д. С. Губин,

A. П. Кренищий, Б. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2004.Т. 49, № 7. С. 801-805.

19. Шикова Л. В. Предельные свойства направленных ответвителей на основе симметричной структуры класса II/ А. П. Кретщкий,

B. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, №4. С. 409-413.

20. Шикова Л. В. Синтез сверхширокополосных дифференциальных фазовращателей на связанных линиях передачи/ А. П. Кренищий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2007. Т. 52, № 7. С. 792-798.

21. ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи со шлейфом / Д. С. Губин, А. П. Кренищий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, №2. С. 162-167.

22. Шикова Л. В. Направленные ответвители II класса, подавляющие гармоники / В. 77. Мещанов, В. М. Логинов, Л. В. Шикова II Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 6. С. 94-97.

23. ШиковаЛ. В. Синтез направленных фильтров на связанных неоднородных линиях / В. П. Мещанов, Л. В. Шикова // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 8. С. 11-14.

24. Шикова Л. В. Синтез ступенчатых линий передачи с Т-волной / В. П. Мещанов, С. А. Салий, А. Л. Фельдштейн, Л. В. Шикова II Радиотехника. 1983. №4. С. 66-70.

25. ШиковаЛ. В. Синтез ФНЧ на основе связанных линий с несогласованными нагрузками / В. П. Мещанов, В. М. Логинов, Л. В. Шикова II Радиотехника. 1984. № 8. С. 67-69.

26. ШиковаЛ. В. Результаты параметрического синтеза модифицированных шлейфовых фильтров гармоник / О. И. Мазепова, Т. Л. Пахомова, В. Л. Па11ай, Л. В. Шикова //Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1986. Вып. 14. С. 26-32.

27. Шикова Л. В. Экспериментальное исследование микрополосковых устройств на основе новых структур / И. И. Дробышев, В. П. Мещанов, И. Н. Салий, С. А. Салий и dp.llРадиотехника. 1986. № 5. С. 83-84.

28. ШиковаЛ. В. Фильтры верхних частот со сверхширокой полосой пропускания / Ю. М. Гулейков, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 10(404). С. 12-15.

29. Шикова Л. В. Оптимизация длины области связи ступенчатых направленных ответвителей /В. П. Мегцанов, Г. Г. Чумаевская, Л. В. Шикова //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 2. С. 22-25.

30. Шикова Л. В. Синтез дифференциальных фазовращателей нового класса на основе связанных линий с Т-волнами / Ю. М. Гулейков, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. Вып. 2(416). С. 3-5.

31. Шикова JI. В. Предельные свойства трансформаторов волновых сопротивлений на основе одиночной линии передачи класса II / А. П. Креницкгш, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2005. Т. 8, №4. С. 31-35.

32. ШиковаЛ. В. Малогабаритные направленные ответвители / А. П. Кренщкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2006. Т. 9, №2. С. 37-40.

33. Шикова Л. В. Трансформаторы волновых сопротивлений с конденсаторами и шлейфами / Б. М. Кац, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова И Антенны. 2007. №8. С. 29-33.

34. ШиковаЛ. В. Синтез ступенчатых трансформаторов волновых сопротивлений класса II со шлейфами / А. Н. Ануфриев, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2008. Т. 11, №2. С. 48-55.

35. ШиковаЛ. В. Делители мощности с конденсаторами и шлейфами / H. Н. Базлов, Б. М. Кац, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова // Успехи современной радиоэлектроники. 2008. № 9. С. 56-60.

36. Шикова Л. В. Синтез малогабаритных СВЧ трансформаторов на основе элементов с распределенными и сосредоточенными параметрами/ H. Н. Базлов, Б. М. Кац, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника. 2009. № 12. С. 19-25.

37. ШиковаЛ. В. Новый класс решений задач синтеза фильтров гармоник на одиночных ступенчатых линиях передачи / Н. Н. Базлов, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010. № 1. С. 45-48.

38. ШиковаЛ. В. Сверхширокополосные фазовращатели на основе плавной неоднородной одиночной линии передачи / H. Н. Базлов, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова / Антенны. 2011. № 1. С. 37-43.

39. Шикова Л. В. Сверхширокополосные направленные ответвители, не содержащие скачкообразных неоднородностей / А. С. Бондаренко, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова // Антенны. 2011. № 11. С. 31-35.

Статьи в других изданиях

АО. Шикова Л. В. Анализ и синтез сверхширокополосных фиксированных фазовращателей на основе систем отрезков нерегулярных связанных линий передачи /В. П. Мещанов, И. Н. Салий, Н. А. Хованова, Л. В. Шикова //Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1997. Т. 5. №2(18). С. 224-228.

41. ШиковаЛ. В. Направленные фильтры на связанных неоднородных линиях передачи с Т-волнами /В. 77. Мегцанов, Л. В. Шикова //Электронная промышленность. 2000. № 1. С. 66-72.

42. Шикова Л. В. Синтез сверхширокополосных ступенчатых фазовращателей класса II/А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, А. Г. Чесноков,

JI. В. Шикова //Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2002. Т. 10, № 2(34). С. 100-104.

43. Шикова Л. В. Оптимальные характеристики фильтров на основе ступенчатых ответвителей класса I / В. 77. Мехцанов, Л. В. Шикова //Широкополосные устройства СВЧ: межвуз. сб. тр. Новосибирск: НЭТИ, 1981. С. 11-20.

44. Шикова Л. В. Синтез устройств СВЧ на коаксиальных линиях со ступенчатыми нерегулярностями / В. 77. Мещанов, С. А. Салий, Л. В. Шикова // Вопросы электроники СВЧ: межвуз. науч. сб. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та,1983. Вып. 12. С. 107-118.

45. Шикова Л. В. Фазовращатели, не содержащие скачкообразных нерегулярностей/ В. 77. Мещанов, И. Н. Салий, Н. А. Хованова, Л. В. Шикова II Вопросы прикладной физики: межвуз. науч. сб. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997. Вып. 3. С. 59-64.

46. Шикова Л. В. Делители мощности на основе немонотонных ступенчатых трансформаторов / В. 77. Мещанов, 77. Н. Базлов, Б. М. Кац, Л. В. Шикова II Радиотехника и связь: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2008. С. 133-139.

Авторские свидетельства, патенты

47. A.c. № 1030891 СССР, МКИ3 Н01Р 1/212. Фильтр гармоник / В. П. Мещанов, С. А. Салий, Л. В. Шикова (СССР) // Открытия. Изобретения. 1983. №27.

48. A.c. № 1264251 СССР, МКИ 4 Н01Р 1/18. Фазовращатель / В. 77. Мещанов, Л. В. Шикова, И. В. Метельникова, Л. Г. Фокеев (СССР) // Открытия. Изобретения. 1986. № 38. С.232.

49. A.c. № 1418831 СССР, МКИ4 Н01Р 5/18. Симметричный направленный ответвитель IM. В. Латиова, В. 77. Мещанов, В. В. Ошмарин, Л. В. Шикова (СССР) //Открытия. Изобретения. 1988. №31.

50. Патент на изобретение № 2251765, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Дифференциальный фазовращатель СВЧ / Д. С. Губин, А. 77. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.05.2005, Бюл. № 13.

51. Патент на изобретение № 2246780, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Фазовращатель СВЧ дифференциальный /Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.02.2005, Бюл. № 5.

52. Патент на изобретение № 2246781, RU, МПК7 Н01Р 5/18. Малогабаритный трехступенчатый направленный ответвитель IА. П. Креницкий, В. П. Мехцанов, А. В. Сыромятников, Л В. Шикова. Опубл. 20.02.2005, Бюл. № 5.

53. Патент на изобретение № 2274931, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Фиксированный СВЧ фазовращатель /Д. С. Губин, А. 77. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.04.06, Бюл. №11.

54. Патент на изобретение № 2313867, RU, МПК Н01Р 5/02. Малогабаритный ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений

/А. H. Ануфриев, А. П. Кретщкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 21.12.2007, Бюл. №36.

55. Патент на изобретение № 2334313, RU, МП1С Н01Р 1/18. Трансформатор волновых сопротивлений со шлейфами / А. П. Креннцкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.09.2008. Бюл. № 26.

56. Патент на изобретение № 2343602, RU, МПК Н01Р 5/00. Двухканальный ступенчатый делитель мощности / Б. М. Кац,

A. П. Кренщкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.01.2009. Бюл. № 1.

57. Патент на полезную модель № 31690, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Фазовращатель СВЧ фиксированный /Д. С. Губин, А. П. Кретщкий,

B. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.08.2003, Бюл. № 23. С. 883.

58. Патент на полезную модель № 34036, RU, МПК Н01Р 1/18. Фиксированный фазовращатель СВЧ / Д. С. Губин, А. П. Кретщкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.11.2003, Бюл. № 32. С. 735.

59. Патент на полезную модель № 41921, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Фиксированный фазовращатель СВЧ / Д. С. Губин, А. П. Кретщкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.11.2004, Бюл. № 31. С. 649.

60. Патент на полезную модель № 55511, RU, МПК7 Н01Р 1/18. Ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений /А. Н. Ануфриев,

A. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22.

61. Свидетельство об официальной регистрации программы чебы-шевской аппроксимации (WINLIN) № 2003611923 в Реестре программ для ЭВМ /А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 20.08.2003.

ЛИТЕРАТУРА

Л1. МаттейД. Л., ЯнгЛ., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: в 2 т. / пер. с англ. под ред. Л. В. Алексеева и Ф. В. Кушнира. М.: Связь, 1971, 1972.

Л2. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. 388 с.

ЛЗ. Справочник по элементам полосковой техники / О. И. Мазепова,

B. П. Мещанов, Н. И. Прохорова и др.; под ред. А. Л. Фельдштейна. М.: Связь, 1979. 336 с.

Л4. Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ. М.: Связь, 1980. 144 с.

Л5. КацБ.М., Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л. Оптимальный синтез устройств СВЧ с Т-волнами / под ред. В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 1984. 287 с.

Л6. Мещанов В. П., Тупикин В. Д., Чернышев С. Л. Коаксиальные пассивные устройства / под ред. В. П. Мещанова. Саратов: Изд-во Сарат. унта, 1993. 416 с.

у - 1 9 4 9 1'

Л7. Салий КН. Нерегулярные линии передачи. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2004. 88 с.

Л8. Синтез сверхширокополосных микроволновых структур /А. М. Богданов [и др.]; под ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2005. 514 с.

Л9. Моисеев Н. Н. Математические методы системного анализа. М.: Наука, 1981.487 с.

Л10. Сверхширокополосные микроволновые устройства

/ А. М. Богданов [и др.]; под ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2001. 560 с.

Л11. Бунгшович Б. Ф., Васильев Л. В., Мещанов В. П. Определение максимальной области аппроксимации в задачах синтеза линейных электрических цепей//Радиотехника. 1976. Т.31, № 1. С. 17-22.

Л12. Демьянов В. Д., Малоземов В. Н. Введение в минимакс. М.: Наука, 1972. 368 с.

Л13. Пшеничный Б. Н., Данилин Ю. М. Численные методы в экстремальных задачах. М.: Наука, 1975. 319 с.

2012350145

Шикова Людмила Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ С Т - ВОЛНАМИ Автореферат

Подписано в печать 17.07.2012 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 2,0 Уч.-изд. л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ 06

ООО «Издательский Дом «Райт-Экспо»

410031, Саратов, Волжская ул., 28 Отпечатано в ООО «ИД «Райт-Экспо» 410031, Саратов, Волжская ул., 28, тел. (8452) 90-24-90

2012350145

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЯ СИНТЕЗА УСТРОЙСТВ СВЧ С Т-ВОЛНАМИ. АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ АНАЛИЗА И ПАРАМЕТРИЧЕСКИ ОПТИМИЗАЦИИ.

1.1. Методология синтеза.

1.2. Анализ функциональных устройств.

1.3. Задачи параметрического синтеза.

1.4. Алгоритмы и программы.

1.5. Выводы.

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ТРАНСФОРМАТОРОВ ВОЛНОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА ОДИНОЧНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ.

2.1. Ступенчатая структура класса II

2.2. Модифицированная ступенчатая структура класса II.

2.3. Модифицированная структура на регулярной линии передачи.

2.4. Ступенчатая структура класса I с конденсаторами.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ НА ОДИНОЧНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ.

3.1. Ступенчатая структура класса II

3.2. Модифицированная ступенчатая структура класса II.

3.3. Структура с экспоненциальными звеньями.

3.4. Структура с кусочно-линейной геометрией

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ.

4.1. Ступенчатая структура класса I

4.2. Структура на основе тандемного включения отрезков регулярных линий передачи

4.3. Структура на основе тандемного включения ступенчатых линий передачи класса I

4.4. Структура на основе тандемного включения ступенчатых линий передачи класса II.

4.5. Плавно-нерегулярная структура

4.6. Структура на основе тандемного включения отрезков плавно-нерегулярных линий передачи

4.7. Выводы.

ГЛАВА 5. СИНТЕЗ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ ФИКСИРОВАННЫХ НА ОДИНОЧНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ.

5.1. Ступенчатая структура класса I.

5.2. Ступенчатая структура класса II.

5.3. Плавно- нерегулярная структура.

5.4. Выводы.

ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ ФИКСИРОВАННЫХ НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ.

6.1. Модифицированная структура Шиффмана.

6.2. Структура на основе отрезка регулярных связанных линий, входное и выходное плечи одной из которых соединены между собой

6.3. Структура на основе тандемного включения отрезков регулярных линий передачи

6.4. Модифицированные ступенчатые структуры

6.5. Модифицированная многоэлементная структура.

6.6. Плавно- нерегулярная структура

6.7. Выводы

ГЛАВА 7. СИНТЕЗ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕ ЛЕЙ.

7.1. Ступенчатая структура класса II

7.2. Кусочно-нерегулярная структура.

7.3. Плавно- нерегулярная структура.

7.4. Структура на основе тандемного включения отрезков плавно-нерегулярных линий передачи

7.5. Выводы.

Актуальность работы. Пассивные устройства СВЧ являются важной составляющей частью компонентной базы современной радиоэлектронной аппаратуры. Они выполняют разнообразные функции по обработке сигналов: деление, сложение, фазовое смещение, направленное ответвление, согласование и заданное рассогласование, трансформацию волновых сопротивлений, фильтрацию и другие функции. Оптимизация АЧХ и (или) ФЧХ функциональных устройств в максимально широкой рабочей полосе частот не теряет своей актуальности. Самыми перспективными для достижения максимально возможной ширины рабочей полосы частот базовыми элементами, образующими структуры пассивных функциональных устройств, являются отрезки одиночных и связанных линий передачи (ЛП) с Т - волнами.

Наиболее широкополосными и перспективными для практики являются ступенчатые и плавные нерегулярные линии передачи1 (НЛП). История исследований структур из ступенчатых и плавных НЛП, а также исследований, разработок и производства устройств СВЧ на их основе насчитывает более восьми десятилетий.

Весомый вклад в исследование и совершенствование пассивных функциональных устройств с Т-волнами внесли отечественные ученые: Аристархов Г. М., Богданов А. М., Бунимович Б. Ф., Вольман В. И., Вольперт А. Р., Воскресенский Д. И., Горбачев А. Г., Давидович М. В., Кац Б. М., Литвиненко О. Н., Малорацкий Л. Г., Метельникова И. В., Мещанов В. П., Митрохин В. Н., Михалевский В. С., Модель 3. И., НегановВ. А., Нейман М. С., Никольский В. В., Пистолькорс А. А., Рейзенкинд Я. А., Сазонов Д. М., Салий И. Н., Следков В. А., Сестрорецкий Б. В., Сошников В. И., Стародубровский Р. К., Тищенко В. И.,

Наряду с термином «нерегулярные линии передачи» в научно-технической литературе часто встречается термин «неоднородные линии передачи», который употребляется в том же смысле.

Фельдштейн А. Л., Хвалин А. Л., Цоц (Разукова) И. А., Чернышев С. Л., Чумаевская Г. Г.2

Плодотворно работали в этом направлении и зарубежные ученые: Arndt F., Bandler J. W., BolinderF., Cohn S. В., Collin R. E., Cristal E. G., Gupta К. C., Jones E. M. Т., Kammler D., Kuroda К., Lange G., Levy R., Matthaei G. L., Mitra S. K., Monteath G. D., Riblet H. J., Richards P. I., Saulich G., Schiffman B.M., Shelton J. P., Temes G. С., Tresselt С. P., Wenzel R. J., Wilkinson E. J., Wolfe J. J., Yamamoto S., Young L.2

Среди ступенчатых наиболее изученными структурами функциональных устройств СВЧ являются структуры класса I [1-3], представляющие собой каскадное включение отрезков регулярных одиночных либо связанных ЛП одинаковой длины с разными значениями волновых сопротивлений либо коэффициентов связи.

Ступенчатые структуры класса II были предложены и начали исследоваться позднее [4, 5]. Они образуются каскадным включением отрезков регулярных одиночных или связанных ЛП, различных по длине, с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений или коэффициентов связи. Их преимуществами по сравнению со структурами класса I являются уменьшенные габаритные размеры, значительно меньшее число типов нерегулярностей, возможность унификации конструкций.

Плавные одиночные и связанные НЛП менее изучены по сравнению со ступенчатыми. Однако они обладают рядом уже доказанных на практике преимуществ перед ступенчатыми [6-8].

Цель исследования - оптимизация АЧХ и (или) ФЧХ пассивных функциональных устройств СВЧ на линиях передачи с Т-волнами. Достижение поставленной цели осуществляется в результате решения задач параметрического синтеза функциональных устройств. При постановке задач синтеза используется минимаксный критерий. л

Фамилии расположены в алфавитном порядке, их список не претендует на исчерпывающую полноту.

Основные задачи исследования:

1. Разработка алгоритмов и программ анализа и параметрического синтеза устройств СВЧ с Т- волнами.

2. Синтез фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений (TBC) на основе новых структур, образованных каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений.

3. Синтез фильтров на основе ступенчатых и плавных (одиночных и связанных) ЛП с согласованными и несогласованными нагрузками, в том числе на основе тандемного включения отрезков связанных ЛП.

4. Синтез направленных ответвителей (НО) на основе одноэлементных и многоэлементных связанных плавных НЛП.

5. Синтез фиксированных фазовращателей (ФФ) на основе новых структур из одиночных и связанных ЛП.

6. Синтез малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей и трансформаторов волновых сопротивлений.

7. Анализ предельных диапазонных свойств направленных ответвителей и трансформаторов волновых сопротивлений на основе ступенчатой структуры класса II.

8. Внедрение расчетно-экспериментального метода оптимизации для минимизации отклонений теоретических АЧХ и (или) ФЧХ от экспериментальных частотных характеристик синтезируемых устройств.

Методика и средства проведения исследования. Проведенное исследование базировалось на методах теории многополюсников, теории матриц, методах нелинейного программирования, расчетно-экспериментальном методе оптимизации. Частотные характеристики устройств описывались в приближении Т-волн с помощью классических и волновых матриц передачи и рассеяния. Для решения задач параметрического синтеза использовались методы выравнивания максимумов, линеаризации Пшеничного, sнаискорейшего спуска Демьянова и Малоземова, метод сопряженных градиентов.

Результаты и положения, выносимые на защиту

1. Программа параметрической оптимизации устройств СВЧ с Т- волнами, включенная в Реестр программ для ЭВМ.

2. Решены задачи синтеза фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений, структура которых образована каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Найдены основополагающие закономерности в распределении электродинамических параметров базовых элементов структуры, из которых следуют, в частности, необходимые условия для обеспечения максимальной (предельной) ширины рабочей полосы частот: нечетное число ступеней и симметрия структуры - для фильтров; четное число ступеней и антиметрия структуры - для трансформаторов волновых сопротивлений и для устройств, выполняющих одновременно функции фильтра и трансформатора волновых сопротивлений.

3. Для фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавно-нерегулярных линий передачи установлен принципиально новый класс оптимальных решений задачи параметрической оптимизации, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных линий передачи, увеличить уровень передаваемой мощности.

4. Решены задачи синтеза направленных ответвителей на основе одноэлементных и многоэлементных связанных плавных НЛП. Найдены оптимальные с точки зрения практической реализуемости решения, которые обеспечивают совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления (с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 25) и направленности (более 30 дБ).

5. На основе новых структур, образованных каскадным включением чередующихся отрезков одиночных регулярной и нерегулярной ЛП разной длины, решены задачи синтеза фильтров гармоник и полосно-пропускающих фильтров, обладающих, вследствие исключения электрических нерегулярностей, более совершенными характеристиками, чем фильтры на ступенчатых одиночных линиях передачи.

6. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей новых структур на связанных линиях передачи (регулярных, ступенчатых, одноэлементных плавных и многоэлементных). Найденные решения, в отличие от известных, учитывают параметры всех базовых элементов синтезируемой структуры.

7. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей на одиночных линиях передачи. Результаты защищены шестью патентами. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные линии передачи с параллельно включенным в центре структуры короткозамкнутым шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением Z двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Z.

8. Решены задачи синтеза малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей на связанных ЛП, а также трансформаторов волновых сопротивлений на основе новых структур на одиночных ЛП со шлейфами и конденсаторами, содержащих меньшее число нерегулярностей и отличающихся уменьшенными продольными размерами по сравнению с ранее известными.

9. Установлены предельные диапазонные свойства направленных ответвителей на связанных линиях передачи и трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных линиях передачи, структуры которых образованы каскадным включением отрезков, у которых длины разные, а коэффициенты связи (для ответвителей) и волновые сопротивления (для трансформаторов) принимают два чередующихся значения.

Аргументированность, достоверность и обоснованность результатов работы. Использование приближения Т-волн при построении математических моделей базировалось на допущении малости поперечных размеров ЛП и нерегулярностей в них по сравнению с длиной волны. Такой подход, основанный на использовании основной (упрощенной) математической модели, оправдывает многолетний и успешный опыт исследований в различных областях науки и техники [9, 10]. Разработанные программы анализа и параметрической оптимизации апробировались решением тестовых задач. В пользу достоверности результатов свидетельствуют полученные экспериментальные характеристики конкретных разработанных функциональных устройств СВЧ и результаты внедрения их в производство.

Научная новизна работы.

1. Впервые решены задачи синтеза трансформаторов волновых сопротивлений на основе структуры, образованной каскадным включением отрезков одиночных линий передачи разной длины, волновые сопротивления которых равны согласуемым волновым сопротивлениям. Установлено, что для получения оптимальных частотных характеристик структура должна быть антиметричной. Найдены условия антиметрии структуры. Установлено, что продольные размеры трансформаторов на основе исследованной структуры монотонно уменьшаются с ростом перепада согласуемых волновых сопротивлений и всегда меньше продольных размеров трансформаторов волновых сопротивлений на основе ступенчатой структуры класса I.

2. Предложены новые структуры малогабаритных трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных ЛП с конденсаторами и со шлейфами, содержащие меньшее число нерегулярностей, по сравнению с ранее известными. Структуры защищены 2 патентами на изобретения. Решены задачи синтеза трансформаторов волновых сопротивлений на основе этих структур.

3. Впервые решены задачи синтеза фильтров гармоник на основе структуры, образованной каскадным включением нечетного числа отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Установлено, что для получения оптимальных частотных характеристик структура должна быть симметричной. Найдены условия симметрии структуры.

4. Предложена новая структура многоэлементной плавной линии передачи, образованная каскадным включением регулярных и нерегулярных экспоненциальных отрезков одиночных линий, защищенная авторским свидетельством на изобретение. Найдены оптимальные параметры фильтров гармоник и полосно-пропускающих фильтров на основе этой структуры. Показана важная в прикладном отношении возможность построения фильтров на основе многоэлементной коаксиальной ЛП, диаметр внутреннего проводника которой изменяется по закону плавной кусочно-линейной функции. Экспериментальное исследование коаксиального фильтра гармоник и микрополоскового полосно-пропускающего фильтра подтвердило общность и эффективность использования Т-модели при синтезе фильтров на основе многоэлементной ЛП.

5. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтров гармоник на одиночных ступенчатых линиях передачи с учетом ограничений на величины волновых сопротивлений звеньев.

6. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтров гармоник на основе тандемного включения отрезков связанных регулярных или ступенчатых ЛП. Структуры защищены авторским свидетельством на изобретение. Проведен сравнительный анализ полученных решений.

7. При решении задач синтеза фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавных ЛП найден принципиально новый класс оптимальных решений, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных ЛП, увеличить уровень передаваемой мощности.

8. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фильтра нижних частот на основе новой структуры, образованной тандемным соединением двух связанных плавных ЛП с выходными плечами, нагруженными на несогласованные нагрузки. Показано, что использование такой структуры позволяет существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, по сравнению с известными фильтрами.

9. Предложены три новые структуры фиксированных фазовращателей на одиночных ЛП, защищенные шестью патентами на изобретения и полезные модели. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные ЛП с параллельно включенным в центре структуры короткозамкнутым шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением Z двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Z. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей на основе этих структур. Показана эффективность применения расчетно-экспериментального метода оптимизации в процессе синтеза.

10. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей на основе модифицированных ступенчатых структур на связанных ЛП. Их отличием от известных является то, что в фазосдвигающем канале соединение плеч отрезков связанных линий выполнено в виде отрезка регулярной ЛП, длина которого учитывается в процессе оптимизации. Структуры защищены авторским свидетельством на изобретение.

11. Найдены оптимальные электродинамические параметры фиксированных фазовращателей: электрические длины и коэффициенты связи.

Структура фазосдвигающего канала фазовращателей представляет собой четырехполюсник, образованный из тандемного включения отрезков регулярных связанных ЛП. Показано, что использование тандемного включения в структуре позволяет одновременно уменьшить и коэффициент связи, и длины отрезков связанных ЛП без ухудшения фазочастотных характеристик по сравнению с ранее известными фазовращателями.

12. Впервые решены задачи параметрической оптимизации фиксированных фазовращателей на основе отрезка симметричных нерегулярных связанных ЛП.

13. Предложена новая структура направленного ответвителя, образованная каскадным включением чередующихся отрезков нерегулярных и регулярных связанных ЛП, отличающихся длиной и коэффициентами связи. Структура защищена авторским свидетельством на изобретение. Найдены электродинамические параметры базовых элементов структуры, обеспечивающие чебышевские характеристики переходного ослабления в рабочей полосе частот при меньших значениях максимального коэффициента связи по сравнению со ступенчатыми направленными ответвителями класса I.

14. Решены задачи параметрической оптимизации и найдены новые закономерности в распределении длин ступеней трехступенчатых симметричной и несимметричной структур класса II, позволяющие вдвое сократить габариты простейших одноэлементных направленных ответвителей. Полученные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом на изобретение.

Практическая значимость работы определяется следующим:

1. Оптимальные параметры, найденные при решении задач параметрического синтеза функциональных устройств СВЧ на основе исследованных структур, представлены в виде таблиц. Их использование дает исчерпывающую информацию для проведения инженерных расчетов конкретных функциональных устройств СВЧ.

2. Таблицы оптимальных параметров, построенные в приближении Т-волн, представляют собой новые классы оптимальных решений для новых и известных ранее структур трансформаторов волновых сопротивлений, направленных ответвителей, фильтров, фиксированных фазовращателей. Эти решения следует рассматривать как базовые, основополагающие. Их практическое использование может быть осуществлено двумя основными способами.

В первом случае найденные решения реализуются непосредственно (без уточнения модели) на коаксиальных, полосковых, микрополосковых ЛП. При необходимости здесь могут применяться также различные способы экспериментальной подстройки, либо могут вводиться специальные ограничения на этапе постановки задачи параметрической оптимизации.

Во втором случае эти решения используются как первые приближения для применения расчетно-экспериментального метода оптимизации. Этот метод позволяет скорректировать найденные решения, путем использования результатов эксперимента или модели более высокого уровня точности.

Таким образом, таблицы оптимальных решений, найденных в приближении Т-волн, обладают значительной общностью и имеют широкую область практического применения.

3. Разработанные программы анализа и параметрической оптимизации обладают достаточной общностью: их можно использовать для решения задач анализа и синтеза различных функциональных устройств СВЧ; полученные на их основе оптимальные электродинамические параметры могут быть использованы в различных рабочих диапазонах частот синтезируемых устройств.

4. Программы анализа и параметрической оптимизации, найденные решения задач синтеза, а также конструкции функциональных устройств СВЧ на ступенчатых и плавных линиях передачи, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, внедрены в практику: научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые проводились в ОАО «Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры» (ЦНИИИА) по комплексным целевым программам Министерства обороны РФ и Министерства промышленности и торговли РФ, а также конкретные устройства, которые выпускаются (в том числе серийно) в ОАО ЦНИИИА по прямым поставочным договорам с предприятиями ОПК.

Личный вклад. Основной научный вклад в работы, результаты которых отражены в разделе «Научная новизна» и положены в основу положений и результатов, выносимых на защиту, принадлежит автору. В работах [11-14] автор принимал участие в решении поставленных задач и анализе полученных результатов; задачи в этих работах поставлены А.П. Креницким.

Апробация работы. Основные результаты обсуждались на Всесоюзной научной сессии НТО им. Попова (г. Днепропетровск, 1977 г.), VII Республиканской конференции по радиоизмерениям (г. Каунас, 1977 г.), Всесоюзных научных семинарах (г. Москва, 1984, 1985 гг.), Всесоюзных научно-технических конференциях (г. Новосибирск, 1984 г.; г. Одесса, 1988 г.; г.Суздаль, 1989 г.), Межведомственных научно-технических конференциях (г.Киев, 1978 г., г.Саратов, 1986, 1987, 1989 гг.), IX Международной школе-семинаре «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г.Самара, 1997 г.), 8-й Международной Крымской конференции (г. Севастополь, Крым, Украина, 1998 г.), Международной конференции «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления» (г. Нижний Новгород, 2002 г.), 2-м, 4-м и 6-м рабочих семинарах IEEE Saratov-Penza Chapter (г. Саратов, 1998, 2000, 2002 гг.), II и III Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов» ( г. Самара, 2003 г.; г. Волгоград, 2004 г.), VII, XIII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2001, 2007 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано в открытой печати 88 работ, среди которых 2 монографии, 2 статьи в ведущих международных научных журналах, 35 статей в центральных научных журналах из перечня ВАК, 3 авторских свидетельства, 11 патентов на изобретения и полезные модели, 1 свидетельство об официальной регистрации программы в Реестре программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения, списка литературы из 166 наименований. Работа изложена на 312 страницах, содержит 107 рисунков, 78 таблиц и 17 страниц списка литературы.

Основные результаты исследований, проведенных в главе:

1. Решены задачи параметрической оптимизации и найдены новые закономерности в распределении длин ступеней трехступенчатых симметричной и несимметричной структур класса II, позволяющие вдвое сократить габариты простейших одноэлементных направленных ответвителей. Полученные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом на изобретение.

2. Показано, что использование симметричной ступенчатой структуры класса II позволяет уменьшить габариты по сравнению с одноступенчатой в д раз при незначительном увеличении максимального отклонения переходного ослабления от номинального значения. На практике возможность уменьшения габаритов ограничена сложностью реализации больших значений коэффициента связи. При д<1.8 проблема реализации больших значений коэффициента связи может быть решена использованием тандемного включения одинаковых малогабаритных трехступенчатых НО.

3. Установлены предельные диапазонные свойства направленных ответвителей на связанных линиях передачи, структуры которых образованы каскадным включением отрезков, у которых длины разные, а коэффициенты связи принимают два чередующихся значения.

4. Предложена новая структура направленного ответвителя, образованная каскадным включением чередующихся отрезков нерегулярных и регулярных связанных ЛП, отличающихся длинами и коэффициентами связи. Структура защищена авторским свидетельством на изобретение. Найдены электродинамические параметры базовых элементов структуры, обеспечивающие чебышев-ские характеристики переходного ослабления в рабочей полосе частот при меньших значениях максимального коэффициента связи по сравнению со ступенчатыми направленными ответвителями классов I, II.

5. Проведено исследование свойств направленного ответвления структур на основе отрезка связанных плавных НЛП. Найдены два типа существенно различающихся оптимальных решений, один из которых обеспечивает меньшее значение максимальной величины коэффициента связи.

6. Впервые исследованы свойства направленного ответвления тандемного включения симметричных одноэлементных плавных НЛП.

7. Решены задачи синтеза направленных ответвителей на основе отрезка связанных плавных НЛП. Найдены оптимальные с точки зрения практической реализуемости решения, которые обеспечивают совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления (с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 25) и направленности (более 30 дБ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные выводы и результаты работы

1. Решены задачи синтеза фильтров и трансформаторов волновых сопротивлений, структура которых образована каскадным включением отрезков регулярных одиночных линий передачи разной длины с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений. Найдены основополагающие закономерности в распределении электродинамических параметров базовых элементов структуры, из которых следуют, в частности, необходимые условия для обеспечения максимальной (предельной) ширины рабочей полосы частот: нечетное число ступеней и симметрия структуры - для фильтров; четное число ступеней и антиметрия структуры - для трансформаторов волновых сопротивлений и для устройств, выполняющих одновременно функцию фильтра и функцию трансформатора волновых сопротивлений.

2. Для фильтров гармоник на основе отрезка связанных плавно-нерегулярных линий передачи установлен принципиально новый класс оптимальных решений задачи параметрической оптимизации, характеризующийся двумя максимальными значениями коэффициента связи, расположенными на одинаковом расстоянии от центра области связи. Решения этого класса позволяют существенно уменьшить максимальное значение коэффициента связи, обеспечить «плавность» изменения геометрических размеров по длине связанных линий передачи, увеличить уровень передаваемой мощности.

3. Решены задачи синтеза направленных ответвителей на основе одноэлементных и многоэлементных связанных плавных НЛП. Найдены оптимальные с точки зрения практической реализуемости решения, которые обеспечивают совершенные экспериментальные характеристики переходного ослабления (с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 25) и направленности (более 30 дБ).

4. На основе новых структур, образованных каскадным включением чередующихся отрезков одиночных регулярной и нерегулярной ЛП разной длины, решены задачи синтеза фильтров гармоник и полосно-пропускающих фильтров, обладающих, вследствие исключения электрических нерегулярностей, более совершенными характеристиками, чем фильтры на ступенчатых одиночных линиях передачи.

5. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей новых структур из связанных линий передачи (регулярных, ступенчатых, одноэлементных плавных и многоэлементных). Найденные решения, в отличие от известных, учитывают параметры всех базовых элементов синтезируемой структуры.

6. Решены задачи синтеза фиксированных фазовращателей из одиночных линий передачи. Результаты защищены шестью патентами. Фазосдвигающий канал в них представляет собой ступенчатые или плавные линии передачи с параллельно включенным в центре структуры короткозамкнутым шлейфом. Доказана аналитическая эквивалентность параллельно включенного короткозамкнутого шлейфа длиной / с волновым сопротивлением 2 двум параллельно включенным короткозамкнутому и разомкнутому шлейфам длиной 1/2 с волновым сопротивлением 2Z.

7. Решены задачи синтеза малогабаритных ступенчатых направленных ответвителей на связанных ЛП, а также трансформаторов волновых сопротивлений на основе новых структур из одиночных ЛП со шлейфами и конденсаторами, содержащих меньшее число нерегулярностей и отличающихся уменьшенными продольными размерами по сравнению с ранее известными.

8. Установлены предельные диапазонные свойства направленных ответвителей на связанных линиях передачи и трансформаторов волновых сопротивлений на одиночных линиях передачи, структуры которых образованы каскадным включением отрезков, у которых длины разные, а коэффициенты связи (для ответвителей) и волновые сопротивления (для трансформаторов) принимают два чередующихся значения.

9. Для решения диссертационных задач были применены как теоретические методы (теория матриц, теория многополюсников, методы нелинейного программирования), так и комплексный - расчетно-экспериментальный метод оптимизации. Широко использовался метод прямого эксперимента. Результаты использования указанных методов показали их высокую продуктивность, эффективность и адекватность: были получены новые научные сведения об исследованных структурах и конкретных устройствах на их основе, обладающие абсолютной мировой новизной. Для конкретных синтезированных устройств найдены новые классы решений задач синтеза, оптимальность которых подтверждена не только в разработках, но и в серийном производстве. Например, параметры синтезированных НО на плавных НЛП превосходят лучшие мировые аналоги. Конструкции и структуры многих устройств защищены патентами на изобретения.

10. Оптимизация структур и функциональных устройств на их основе проведена в приближении Т-волн. Приближение Т-волн в сочетании с численными методами оптимизации составляет основу опережающего поиска структур, закономерностей, принципов. В частности, проведенная работа показала перспективы исследования не только собственно «классических» структур из отрезков одиночных и связанных ЛП с Т-волнами, но и структур, содержащих, например, шлейфы, а также сосредоточенные элементы Ь, С, Я.

1. МаттейД. Л., ЯнгЛ., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: 2 т. / пер. с англ. под ред. Л. В. Алексеева и Ф. В. Кушнира. М.: Связь, 1971, 1972.

2. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. 388 с.

3. Справочник по элементам полосковой техники / О. И. Мазепова и др.\ под ред А. Л. Фельдштейна. М.: Связь, 1979. 336 с.

4. Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ. М.: Связь, 1980. 144 с.

5. Кац Б. М, Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л. Оптимальный синтез устройств СВЧ с Т-волнами / под ред. В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 1984. 287 с.

6. Мещанов В. П., Тупикин В. Д., Чернышев С. Л. Коаксиальные пассивные устройства / под ред. В. П. Мещанова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1993. 416 с.

7. Салий И. Н. Нерегулярные линии передачи. Саратов: Изд-во Сарат. унта, 2004. 88 с.

8. Синтез сверхширокополосных микроволновых структур /А. М. Богданов и др.7; под. ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2005. 514с.

9. Моисеев Н. Н. Математические методы системного анализа. М.: Наука, 1981.487 с.

10. Сверхширокополосные микроволновые устройства / А. М. Богданов и др.; под ред. А. П. Креницкого и В. П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2001. 560 с.

11. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи класса II со шлейфом / Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49, № 7. С. 801-805.

12. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи со шлейфом / Д. С. Губин, А. П. Креницкый, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, № 2. С. 162-167.

13. Трансформаторы волновых сопротивлений с конденсаторами и шлейфами / Б. М. Кац, А. П. Креницкый, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова II Антенны. 2007. № 8. С. 29-33.

14. Синтез ступенчатых трансформаторов волновых сопротивлений класса II со шлейфами / А. Н. Ануфриев, А. Г1. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2008. Т. 11, №2. С. 48-55.

15. Свидетельство об официальной регистрации программы чебышевской аппроксимации (WINLIN) № 2003611923 / А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 20.08.2003.

16. Тафт В. А. Основы методики расчета электрических цепей по заданным их частотным характеристикам. Изд. АН СССР, 1954. 17 с.

17. Белецкий А. Ф. Теоретические основы электропроводной связи. Ч. III. М.: Связьиздат, 1959. 390 с.

18. Ланнэ А. А. Оптимальный синтез линейных электрических цепей. М.: Связь, 1969. 293 с.

19. Гупта К., Гардж Р., ЧадхаР. Машинное проектирование СВЧ-устройств. М.: Радио и связь, 1987. 432 с.

20. Мещанов В. П. Оптимальный синтез волноводных устройств СВЧ на основе передающих линий с Т-волнами //Радиоизмерения: Материалы VIII-й научно-технической республиканской конференции по радиоизмерениям. Т. 2. Каунас, Вильнюс, 1981. С. 25-28.

21. Мещанов В. П., Чумаевская Г. Г. Экспериментально-расчетный метод синтеза радиотехнических устройств//Радиотехника и электроника, 1985. Т. 30, №3. С. 217-223.

22. Синтез ступенчатых переходов II класса / В. П. Мещанов, С. А. Салий, И. А. Цоц, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, №10. С.1896-1905.

23. Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л., ШиковаЛ. В. Синтез ступенчатых фильтров гармоник // Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23, №3. С. 475-480.

24. Kammler D. The design of discrete N section and continuously tapered symmetric microwave ТЕМ directional couplers //IEEE Trans, on MTT. 1969. Vol. 17, No. 8. P. 577- 590.

25. Бачинына E. Л., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Машинный синтез фильтров гармоник на основе чередующихся отрезков однородной и неоднородной линий передачи // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27, №11. С. 2121-2126.

26. Мещанов В. П., Салий С. А., ШиковаЛ. В. Фильтры на одиночных линиях с плавным изменением волнового сопротивления // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 2. С. 281-286.

27. Мещанов В. П., Шикова Л. В. Синтез направленных фильтров на связанных неоднородных линиях//Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 8. С. 11-14.

28. Мещанов В. П., Тупикин В. Д., Шикова Л. В. Новые решения задачи синтеза направленных ответвителей на неоднородных линиях передачи // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 10. С. 2036-2040.

29. Мещанов В. П. Неоднородные передающие линии с уравновешенной связью // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21. № 9. С. 1985-1987.

30. Бунимович Б. Ф., Васильев Л. В., Мещанов В. П. Определение максимальной области аппроксимации в задачах синтеза линейных электрических цепей // Радиотехника, 1976. Т. 31, № 1. С. 17-22.

31. Демьянов В. Д., Малоземов В. Н. Введение в минимакс. М.: Наука, 1972. 368 с.

32. Демьянов В. Д., Малоземов В. Н. К теории нелинейных минимаксных задач // Успехи мат. наук. 1971. Т. 26, вып. 3. С. 54-104.

33. Пшеничный Б. Н., Данилин 10. М. Численные методы в экстремальных задачах. М.: Наука, 1975. 319 с.

34. Ступенчатые линии передачи в качестве трансформаторов волновых сопротивлений / В. П. Мешаное, С. А. Салий, И. А. Цоц, Л. В. Шикова II Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 10. С. 1896-1905.

35. Экспериментальное исследование микрополосковых устройств на основе новых структур / И. И. Дробышев В. П. Мешаное, И. Н. Салий, С. А. Салий, И. А. Разукова, Л. В. Шикова И Радиотехника. 1986. № 5. С. 83-84.

36. Креницкий А. П., Мещанов В. П., Шикова Л. В. Предельные свойства трансформаторов волновых сопротивлений на основе одиночной линии передачи класса II // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2005. Т. 8, №4. С. 31-35.

37. Синтез ступенчатых трансформаторов волновых сопротивлений класса II со шлейфами /А. Н. Ануфриев, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова II Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2008. Т. 11, №2. С. 48-55.

38. Патент на изобретение № 2313867, МПК Н01Р 5/02. Малогабаритный ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений / А. Н. Ануфриев,

39. A. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 21.12.2007, Бюл. № 36.

40. Патент на полезную модель № 5551 1, 1111, МПК7 Н01Р 1/18. Ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений/М. Н. Ануфриев, А. П. Креницкий,

41. B. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22.

42. Трансформаторы волновых сопротивлений с конденсаторами и шлейфами / Б. М. Кац, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова II Антенны. 2007. №8. С. 29-33.

43. Патент на изобретение № 2334313, RU, МПК Н01Р 1/18. Трансформатор волновых сопротивлений со шлейфами / А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.09.2008. Бюл. № 26.

44. Синтез малогабаритных СВЧ трансформаторов на основе элементов с распределенными и сосредоточенными параметрами / Н. Н. Базлов, Б. М. Кац, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника. 2009. № 12. С. 19-25.

45. Фельдштейн А. Л., ЯвичЛ. Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 352 с.

46. Фельдштейн А. Л., Явыч Л. Р., Смирнов В. П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Сов. радио, 1967. 652 с.

47. Мещанов В. П., Цоц И. А. Трансформаторы активных волновых сопротивлений на основе линий передачи с Т-волнами: Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ "Электроника", 1987. Вып.1 (1244). 49 с.

48. Matthaei G. L. Short-step Chebyshev impedance transformers // IEEE Trans, on MTT. 1966. Vol. 1, No. 8. P. 372-383.

49. Cohn S. B. Optimum design of stepped transmission line transformers // IRE Trans, on MTT. 1955. Vol. 3, N 3. P. 16-21.

50. Collin R. E. Theory and design of wide-band multisection quarter-wave transformers// Proc. IRE. 1955. Vol. 43, No. 2. P. 179-185.

51. Riblet H. J. General synthesis of quarter-wave impedance transformers // IRE Trans, on MTT. 1957. Vol. 5, No. 3. P. 36-43.

52. Young L. Optimum quarter-wave transformers// IRE Trans, on MTT. 1960. Vol. 8, No. 8. P. 478-482.

53. Мещанов В. П., Разукова И. А., Тупикин В. Д. Новая структура трансформаторов волновых сопротивлений //Радиотехника и электроника. 1991. Т. 35, №2. С. 146-152.

54. Meschanov V. P., Rasukova 1. A., Tupikin V. D. Stepped transformers on ТЕМ-transmission lines// IEEE Trans, on MTT. 1996. Vol. 44, No. 6. P. 793-798.

55. Levy R. Synthesis of mixed lumped and distributed impedance-transforming filters // IEEE Trans, on MTT. 1972. Vol. 20, No. 3. P. 223-233.

56. Van der Walt P. W. Short-step-stub Chebyshev impedance transformers I I IEEE Trans, on MTT. 1986. Vol. 34, No. 8. P. 863-868.

57. Mayer K. Synthesis von optimum multisection quarter-wave transformers with Stubs // AEU. 1971. Vol. 25, N 2. P. 62-68.

58. Синтез ступенчатых линий передачи с Т-волной / В. П. Мещанов, С. А. Сапий, А. Л. Фельдштейн, Л. В. Шикова II Радиотехника. 1983. №4. С. 66-70.

59. Мещанов В. П., Салий С. А., Шикова Л. В. Синтез устройств СВЧ на коаксиальных линиях со ступенчатыми нерегулярностями // Вопросы электроники СВЧ: Межвуз. Научн. сб. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983. Вып. 12. С. 107-118.

60. Базлов Н. Н., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Новый класс решений задач синтеза фильтров гармоник на одиночных ступенчатых линиях передачи //Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010. № 1. С. 45-48.

61. Мазепова О. И., Пахомова Т. Л., Пацай В. Л., ШиковаЛ. В. Результаты параметрического синтеза модифицированных шлейфовых фильтров гармоник //Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1986. Вып. 14. С. 26-32.

62. А. с. 1030891 СССР, МКИ3 Н 01 Р 1/212. Фильтр гармоник / В. П. Мещанов, С. А Салий, Л. В. Шикова. Опубл. 1983, Бюл. № 17.

63. Экспериментальное исследование фильтров СВЧ на основе неоднородных линий передачи / В. П. Мещанов, Б. М. Кац, Л. В. Шикова, С. А. Салий II Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, № 10. С. 2010-2019.

64. Мещанов В. П., Шикова Л. В. Оптимальные характеристики фильтров на основе ступенчатого НО I класса // Широкополосные устройства СВЧ: Межвуз. сб. тр. Новосибирск. 1981. С. 11 -20.

65. Мещанов В. П., Шикова Л. В. Синтез направленных фильтров на связанных неоднородных линиях // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 8. С. 11-14.

66. Directional filters on coupled nonuniform ТЕМ transmissions lines /

67. A. V. Beljaev, A. P. Krenitskiy, V. P. Meschanov, L. V. Shikova II IEEE Trans, on MTT. 2004. Vol. 52, No. 1. P. 133-138.

68. A.c. № 2242014/09. Тандемное устройство / В. П. Мещанов,

69. B. М. Логинов, Л. В. Шикова. Открытия. Изобретения. 1980. № 17.

70. Мещанов В. П., Логинов В. М., Шикова Л. В. Синтез ступенчатых фильтров на основе тандемного включения отрезков связанных линий // Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, № 10. С. 2066-2071.

71. Мещанов В. П., Логинов В. М., ШиковаЛ. В. Направленные ответвите-ли II класса, подавляющие гармоники // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 6. С. 94-97.

72. Мещанов В. П., Логинов В. М., ШиковаЛ. В. Фильтры и направленные ответвители на основе тандемного включения связанных неоднородных линий // Радиотехника и электроника. 1981. Т. 26, № 12. С. 2540-2549.

73. Гулейков Ю. М., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Фильтры верхних частот со сверхширокой полосой пропускания // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 10(104). С. 12-15.

74. Мещанов В. П., Логинов В. М., Шикова Л. В. Синтез ступенчатых фильтров на основе тандемного включения отрезков связанных линий // Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, № 10. С. 2066-2071.

75. Мещанов В. П., Логинов В. М., ШиковаЛ. В. Направленные ответвители II класса, подавляющие гармоники // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 6. С. 94-97.

76. Гулейков Ю. М., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Фильтры верхних частот со сверхширокой полосой пропускания // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 10 (104). С. 12-15.

77. Калинина Т. И., Василенко Е. В. Фильтры для интегральных схем СВЧ: Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ "Электроника", 1979. Вып. 3 (612). 52 с.

78. Современная теория фильтров и их проектирование / Под ред. Г. Темеша, С. Митра. М.: Мир, 1977. 550 с.

79. Levy R., Cohn S. В. A history of microwave filter research, design and development // IEEE Trans, on MTT. 1981. Vol. 32, No. 9. P. 1055-1067.

80. Фельдштейн А. Л. Синтез ступенчатых фильтров 11 Вопросы радиоэлектроники. Сер. 12. 1959. Вып. 19. С. 40-64.

81. Мазепова О. LL, Фельдштейн А. Л. Фильтры гармоник с полюсом затухания// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОТ. 1971. Вып. 4. С. 54-66.

82. Табулирование параметров щлейфовых фильтров гармоник на микро-полосковой и симметричной полосковой линиях / Мазепова О. И. и др. II Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОТ. 1981. Вып. 14. С. 125-140.

83. Levy R. Tables of element values of distributed lowpass prototype filter // IEEE Trans, on MTT. 1965. Vol. 13, No. 5. P. 516-536.

84. Фельдштейн А. Л. Неоднородные линии-фильтры // Радиотехника. 1953. Т. 8, №3. С. 31-35.

85. WomakC. R. The use of exponential transmissions lines in microwave components // IRE Trans, on MTT. 1962. Vol. 10, No. 2. P. 125-132.

86. Кондратьева Т. А. Проектирование конструкций полосковых фильтров на основе неоднородных линий передачи для передающих устройств радиосвязи: Дис. канд. техн. наук. Новосибирск, 1980. 180 с.

87. Бачинина Е. Л., Гайдабура И. С., Фельдштейн А. Л. Фильтр гармоник на периодической экспоненциальной линии // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21, №9. С. 1989-1994.

88. Темное В. М. Применение метода функции Грина для расчета микропо-лосковых структур // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Радиоизмерительная техника. 1973. Вып. 1. С. 22-28.

89. Мазепова О. И., Фелъдиипейн А. Л. Направленные ответвители на по-лосковых линиях с подавлением внеполосных излучений // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1969. Вып. 9. С. 38-47.

90. Мазепова О. PL, Фельдштейн А. Л. Точный расчет направленных от-ветвителей с подавлением гармоник // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1972. Вып. 5. С. 49-54.

91. Кац Б. М., Мещанов В. П. Машинный синтез фильтров внеполосных излучений на основе ступенчатых направленных ответвителей 2 класса // Радиотехника и электроника. 1979. Т. 24, № 7. С. 1440-1442.

92. SheltonJ. P., Wolf J. J, Van Wagoner R. C. Tandem couplers and phase shifters for multi-octave bandwidth // Microwaves. 1965. No. 4. P. 14-15.

93. Saulich G. Synthesis and tables of symmetric multi-element coupledtransmission-line high-pass filters //AEU. 1982. Band. 36, No. 1. S. 18-34.

94. Рейзенкинд Я. А. Синтез симметричных направленных ответвителей на связанных неоднородных линиях//Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21, №8. С. 1624-1630.

95. Бачннина Е. Л. Подавление гармоник в направленных ответвителях на связанных неоднородных линиях //Вопросы радиотехники. Сер. Общетехническая. 1976. Вып. 6. С. 44-50.

96. Рейзенкинд Я. А. Приближенный синтез ответвителей на связанных неоднородных линиях// Радиотехника. 1977. Т. 32, № 7. С. 51-55.

97. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Автоматизированное проектирование фильтров гармоник//Тр. областной н.-т. конференции «Теория и практика систем автоматизированного проектирования». Саратов, 1978. С. 9-10.

98. Мещанов В. П., Чумаевская Г. Г. Вопросы синтеза симметричных направленных отве гвителей на связанных неоднородных линиях //Радиотехника и электроника. 1979. Т. 24, № 3. С. 474-480.

99. Кац Б. М., Мещанов В. П. Синтез устройств СВЧ на связанных линиях с направленностью II типа. Межвуз. науч. сб.: Техническая электродинамика сверхвысоких частот. Саратов: СПИ, 1981. С. 18-27.

100. КацБ.М., Мещанов В. П. Анализ и синтез полосковых линий с воздушным заполнением //Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1978. Вып. 10. С. 10-18.

101. Arndt F., Saulich G. Microwave filters with nonperiodical transmission characteristic // Circuit Theory and Techniques. 1979. Vol. 7, No. 1. P. 87-96.

102. Quirarte J. L. R., StarskiJ.P. Synthesis of Schiffman phase shifters // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1991. Vol. 39. No. 11. P. 1885-1889.

103. Quirarte J. L. R., StarskiJ.P. Novel Schiffman phase shifters // IEEE Trans, on MTT. 1993. Vol. 41, No. 1. P. 9-14.

104. Schiffman В. M. A new class of broadband microwave 90-degree phase shifters // IRE Trans, on MTT. 1958. Vol. 6, No. 2. P. 232-237.

105. Schiffman В. M. Multisection microwave phase-shift network //IEEE Trans, on MTT. 1966. Vol. 14. No. 4. P. 209.

106. Kaufer D., Gradisar M. Flatten the response of phase shifters // Microwaves. 1978. No. 12. P. 64-68.

107. CappucciJ. D. //Патент США № 253862. Sept. 25, 1973.

108. Шапошников А. А., Юрьев H. В. Фазовый сдвиг широкополосных дифференциальных фазосдвигателей // Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1973. Вып. 12. С. 104-106.

109. MinnaarF. V., CoetzeeJ. С., and JoubertJ. A novel ultrawideband microwave differential phase shifter// IEEE Trans, on MTT. 1997. Vol.45, No. 8. P. 1249-1252.

110. Steenaart W. J. The synthesis of coupled transmission line all-pass networks in cascade l:n //IEEE Trans, on MTT. 1966. Vol. 14, No. 6. P. 411-419.

111. Мещанов В. П., Метелъникова И. В., ФокеевЛ.Г. Оптимальный синтез ступенчатых фазовращателей II класса // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, № 12. С. 2341-2346.

112. SheltonJ. P., WolfJ.J., Van Wagoner R. S. Tandem couplers and phase shifters for multioctave bandwidth // Microwaves. 1965. No. 4. P. 14-15.

113. Shelton J. P., Mosko J. A. Synthesis of design of wide-band-equal-ripple TEM-directional couplers and fixed phase shifters // IEEE Trans, on MTT. 1966. Vol. 14. No. 10. P. 462-473.

114. Гителъсон А. А., Мшалевский В. С., Следков В. А. Синтез фазовращателей СВЧ на ступенчатых связанных линиях //Антенны. 1975. Вып. 22. С. 117-132.

115. Михалевский В. С., Следков В. А. Синтез фазовращателей СВЧ на ступенчатых связанных линиях с ограниченной связью //Антенны. 1976. Вып. 23. С. 109-115.

116. Tresselt С. P. Broad-band tapered-line phase shift networks// IEEE Trans, on MTT. 1968. Vol. 16. No. 1. P. 51-52.

117. A new structure of microwave ultrawide-band differential phase shifter / V. P. Meschanov, I. V. Metelnikova, V. D. Tiipikin, G. G. Chumaevskaya II IEEE Trans, on MTT.1994. Vol. 42. No. 5. P. 762-765.

118. Cristal E. G. Analysis and exact synthesis of cascaded commensurate transmission line C-section all-pass networks // IEEE Trans, on MTT. 1966. Vol. 14. No. 6. P. 285-294.

119. Wilds R. В. Try A/8 stubs for fast fixed phase shifts // Microwave&RF. 1979. No. 12. P. 67-68.

120. Алексеев А. Н, Аристархов Г. М. Широкополосные дифференциальные фазовращатели СВЧ на основе одиночных линий передачи// Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33. № 1. С. 63-69.

121. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи класса II со шлейфом / Д. С. Губын, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49, № 7. С. 801-805.

122. Синтез фазовращателей на основе ступенчатой одиночной линии передачи со шлейфом / Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова //Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, № 2. С. 162-167.

123. Синтез фазовращателей на основе плавной неоднородной одиночной линии / Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова II Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2008. Т. 11, № 2. С. 42-47.

124. Базлов Н. Н, Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Сверхширокополосные фазовращатели на основе плавной неоднородной одиночной линии передачи передачи // 2011. Антенны. № 1. С. 37-43.

125. Патент на изобретение № 2251765, 1Щ МПК7 Н01Р 1/18. Дифференциальный фазовращатель СВЧ / Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.05.2005, Бюл. № 13.

126. Патент на изобретение № 2246780, 1Ш, МПК7 НО 1Р 1/18. Фазовращатель СВЧ дифференциальный Щ. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.02.2005, Бюл. № 5.

127. Патент на изобретение № 2274931, 1Ш, МПК7 Н01Р 1/18. Фиксированный СВЧ фазовращатель /Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.04.06, Бюл. № 11.

128. Патент на полезную модель № 31690, 1Ш, МПК7 Н01Р 1/18. Фазовращатель СВЧ фиксированный /Д. С. Губин, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 2003, Бюл. № 23. С. 883.

129. Патент на полезную модель № 34036, RU, МПК Н01Р 1/18. Фиксированный фазовращатель СВЧ / Д. С Губил, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 20.11.2003, Бюл. № 32. С. 735.

130. Патент на полезную модель № 41921, RU, МПК7 НО IP 7/18. Фиксированный фазовращатель СВЧ / Д. С. Губии, А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, Л. В. Шикова. Опубл. 10.11.2004, Бюл. № 31. С. 649.

131. Kuroda К. Some equivalence transformations in ladder-type networks with distributed constants // Inst. Elec. Commun. Engr. 1957. No. 2.

132. Brown W. J., StarskiJ. P. A broad-band differential phase shifter of novel design //Proc. Conf. 1999 MTT-S International Microwave Symposium Digest. Vol. 3. 1999. P. 1319-1322.

133. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Исследование структур устройств СВЧ на основе четырехполюсников, образованных из восьмиполюсников //Радиотехника и электроника. 1989. Т. 34, № 3. С. 474-484.

134. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Симметричные соединения направленных восьмиполюсников и эквивалентные им четырёхполюсники // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, № 3. С. 408-416.

135. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В., Метельникова И. В. Синтез ступенчатых фазовращателей на основе линий передачи с Т-волнами //Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33, № 9. С. 1845-1852.

136. A.c. № 1264251 СССР, МКИ 4 НО IP 1/18. Фазовращатель / В. П. Мещанов, Л. В. Шикова, И. В. Метельникова, Л. Г. Фокеев. (СССР) // Открытия. Изобретения. 1986. № 38. С. 232.

137. Гулейков Ю. М., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Синтез дифференциальных фазовращателей нового класса на основе связанных линий с Т-волнами //Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1989. Вып. 2(416). С. 3-5.

138. Мещанов В. П., Медокс Т. М., ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе тандемного включения отрезков связанных линий // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, № 3. С. 416-421.

139. Фазовращатели, не содержащие скачкообразных нерегулярностей /

140. B. П. Мещанов, И. Н. Салий, Н. А. Хованова, Л. В. Шикова II Вопросы прикладной физики: Межвуз. науч. сб. Саратов: Изд-во СГУ, 1997. Выпуск 3. С. 59-64.

141. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе многоэлементной структуры // Машинное проектирование в прикладной электродинамике и электронике: Сб. трудов 4-го рабочего семинара IEEE Saratov-Penza Chapter. Изд-во СГТУ, 2000. С. 99-103.

142. Синтез сверхширокополосных ступенчатых фазовращателей класса II / А. П. Креницкий, В. П. Мещанов, А. Г. Чесноков, Л. В Шикова II Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2002. Т. 10, №2(34).1. C. 100-104.

143. Synthesis of multi-element phase shifters on coupled ТЕМ transmission lines / A. P. Krenitskiy, V. P. Meschanov, A. G. Tchesnocov, L. V. Shikova II Сб. трудов 6-го рабочего семинара IEEE Saratov-Penza Chapter. Изд-во СГУ, 2002. P. 4-9.

144. Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Синтез фазовращателей на основе модифицированной ступенчатой структуры //Тезисы докладов VII Международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь", 24-26 апреля, 2001, Воронеж. С. 609-613.

145. Креницкий А. П., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Синтез сверхширокополосных дифференциальных фазовращателей на связанных линиях передачи //Радиотехника и электроника. 2007. Т. 52, № 7. С. 792-798.

146. Тагилаев А. Р. Полосковые СВЧ л фазовращатели // Радиотехника. 1991. № 7. С. 34-36.

147. Гвоздев В. И., ШепетинаВ.А. Широкополосный фазовращатель // Радиотехника. 1990. № 3. С. 27-29.

148. ШиковаЛ. В. Исследование новой структуры дифференциальных фазовращателей СВЧ // Материалы 8-й Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", 14-16 сентября, 1998, Севастополь, Крым, Украина. С. 561-562.

149. Пат. 1334221 РФ, МПК4Н01Р 1/18, Полосковый фазоврашатель /А.П.Горбачев. №3930456/24-09; заявл. 12.07.85; опубл. 30.08.87. Бюл. №32; зарегистрировано 14.04.93. 2 с.

150. Салий И. Н., Хованова Н. А. Математические модели связанных канонических нерегулярных линий передачи // Материалы 10-й зимней школы семинара по электродинамике СВЧ и радиофизике. Саратов: Изд-во ГУНЦ «Колледж», 1996. Кн. 2. С. 159-170.

151. Салий И. Н., Хованова Н. А. Спектральные свойства двухполюсников на связанных нерегулярных линиях передачи // Известия вузов. Электроника. 1996. № 1-2. С. 160-168.

152. Хелзайн Дэ!с. Пассивные и активные цепи СВЧ. М.: Радио и связь, 1981.200 с.

153. Hummerstad E., Jensen F. Accurate models for microstrip computer-aided design //IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. New York: N.Y., 1980. P. 407-409.

154. Kirschning M., Jans en R. H. Accurate wide-range design equations for the frequency-dependent characteristic of parallel coupled microstrip lines // IEEE Trans, on MTT, 1984. Vol. 32, No. 1. P. 83-90.

155. Levy R. Directional couplers. Advances Microwaves. New York-London, Acad. Press, 1966. Vol. 1. P. 115-209.

156. A.c. № 3165183/09 СССР. Малогабаритный ступенчатый направленный ответвитель /В. П. Мещанов, Г. F. Чумаевская, Л. В. Шикова. Открытия. Изобретения. 1988. №27.

157. Мещанов В. П., Чумаевская F. Г., ШиковаЛ. В. Оптимизация длины области связи ступенчатых направленных ответвителей //Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 2(396). С. 22-25.

158. Патент на изобретение № 2246781, RU, МПК7 Н01Р 5/18. Малогабаритный трехступенчатый направленный ответвитель !А. 77. Креницкий, В. П. Мещанов, А. В. Сыромятников, Л. В. Шикова. Опубл. 20.02.2005, Бюл. № 5.

159. Креницкий А. П., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Малогабаритные направленные ответвители // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Т. 9, № 2, 2006. С. 37-40.

160. Monteath G. D. Coupled transmission lines as symmetrical directional couplers // PIRE. 1955. No 2, pt 8. P. 383-392.

161. Креницкий А. П., Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Предельные свойства направленных ответвителей на основе симметричной структуры класса II //Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 4. С. 409-413.

162. A.c. № 1418831 СССР, МКИ4 H 01 Р 5/18. Симметричный направленный ответвитель /М В. Лапшова, В. П. Мещанов, В. В. Ошмарин, Л. В. Шикова (СССР) //Открытия. Изобретения. 1988. № 31.

163. Структурный синтез направленных ответвителей на неоднородных линиях передачи / М. В. Лапшова, В. П. Мещанов, В. В. Ошмарин, Л. В. Шикова // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 6. С. 1154-1158.

164. Бондаренко А. С. , Мещанов В. П., ШиковаЛ. В. Сверхширокополосные направленные ответвители, не содержащие скачкообразных неоднородно-стей // Антенны. 2011. № 11. С. 31-35.