автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Разработка и исследование путей повышения эффективности устройств распределения и сложения сигналов для антенно-фидерных систем диапазонов ОВЧ и УВЧ

3 да

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ ПОВОЛЖСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, РАДИОТЕХНИКИ И СВЯЗИ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И СЛОЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ДЛЯ АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ СИСТЕМ ДИАПАЗОНОВ ОВЧ

И УВЧ.

Специальность 05.12.07 - антенны и СВЧ-устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Минкин Марк Абрамович

УДК 621.372.

Самара 1997

Работа выполнена в Самарском отраслевом научно-исследовательском институте радио (СОНИИР), г.Самара и Поволжском институте информатики, радиотехники и связи (ПИИРС), г.Самара.

Научные руководители:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Лев Серафимович Казанский;

кандидат технических наук, доцент

Эмилия Абрамовна Павловская.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сергей Викторович Томашевич;

кандидат технических наук

Владимир Иванович Комиссаров.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский институт "Вега", г.Воронеж.

Защита состоится "Н" КМ*Л7?*. 199 £ г. в ч на

заседании диссертационного совета К 118.10.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Поволжском институте информатики, радиотехники и связи по адресу: г. Самара, ул. Л.Толстого, 23.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим выслать по адресу: 443010, Самара, ПИИРС, ученому секретарю Маслову О.Н.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Поволжского института информатики, радиотехники и связи.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета К 118.10.01 доктор технических наук, доцент

О.Н.Маслов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса.

Устойчивая тенденция к быстрому увеличению количества одновременно работающих в регионах радиосредств ОВЧ и УВЧ диапазонов делает особенно актуальном задачу максимально эффективного использования антенн и антенно-фидерных систем. Решение этой задачи обеспечивается уплотнением антенно-фидерных трактов действующих и вновь создаваемых систем с помощью устройств сложения сигналов, а также наращиванием выходной мощности радиосредств, в том числе за счет сложения мощностей передатчиков.

Включение устройств сложения в состав оборудования стационарных объектов связи и вещания не должно ухудшать качественные показатели соответствующих систем, что обеспечивается соответствующими требованиями к значениям основных электрических параметров устройств. С другой стороны, сложившиеся экономические условия требуют достижения высокого качества на основе простых технических решений с минимальным привлечением дорогостоящих технологий и материалов.

Таким образом, задача повышения эффективности устройств распределения и сложения сигналов для антенно-фидерных систем ОВЧ и УВЧ является весьма актуальной.

Критерием эффективности частотно-разделительных устройств (ЧРУ) является обеспечение основных электрических параметров, удовлетворяющих системным требованиям согласно действующим стандартам, при имеющихся конструктивно-технологических ограничениях. ЧРУ диапазонов ОВЧ и УВЧ (дипяексеры ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА, устройства объединения каналов радиосвязи, ОВЧ 4M программ и телевизионных каналов) по способу обеспечения частотного уплотнения подразделяются на устройства с частотной развязкой (фильтровые), со структурной развязкой (фазоразностные) и к о м б инир о в а нны е (фильтро-мостовые). Современные принципы построения и схемотехнические решения ЧРУ (О.В.Алексеев, В.Д.Кузнецов, А.М.Модель, А.Л.Фельдштейн, Г.Г.Чавка, S.B.Cohn) реализованы в продукции ведущих отечественных и зарубежных производителей. Использование фильтровых ЧРУ ограничивается трудностями широкополосной компенсации взаимного шунтирования плеч "вилки фильтров", а обеспечение высокой развязки требует увеличения числа звеньев, а значит и потерь. Применение безрезонаторных схем ограничивается наличием длинных фазосдвигающих линий. Резонаторные (фильтровые и фильтро-мостовые) ЧРУ содержат звенья с высокой нагруженной добротностью, поэтому при высоких уровнях мощное-

ти резко возрастает сечение резонатора. В применяемых для объединения ЧМ программ фильтр о -м осто пых устройствах типа "двойной квадратный мост" реализуемый разнос частот ограничен широко-полоспостыо моста. Для относительно маломощных (до 300 Вт) ЧРУ ОВЧ диапазона построение фильтро-мостовых устройств на направленных ответвителях (НО) и использование традиционных резонансных звеньев приводит к явной избыточности по габаритным размерам и материалоемкости.

Таким образом, повышение эффективности ЧРУ требует создания резонансных звеньев с минимальными величинами амплитуд стоячих волн для мощных ЧРУ; разработай фильтро-мостовых схем для объединения ОВЧ ЧМ программ с расширенным диапазоном реализуемого разноса частот; использования укороченных'резонансных звеньев в маломощных ЧРУ.

В качестве делителей-сумматоров мощности (ДСМ) ОВЧ и УВЧ диапазонов используются развязанные устройства симметричной, бинарной и цепочечной структур (О.В.Алексеев, Э.В.Зелях, О.О.Беллон, С.Е.Лондон, В.П.Мещанов, Н.З.Модель, Л.Р.Явнч, НЛЛес, О.Ь.МаЫае1, Е.-Г.\¥Шашоп). Большое распространение получили синфазные ДСМ по схеме Уилкинсона. Распределенный характер мощных резисторов приводит к паразитному рассеянию мощности, а известные способы компенсации этого явления (Л.С.Казанский, С.Е.Лондон) недостаточно эффективны для современных мощных пленочных ВЧ резисторов. Применение четвертьволновых отрезков линий делает в ряде случаев габаритные размеры ДСМ диапазонов ОВЧ и УВЧ и активные потери в тракте неоправданно завышенными. Кроме того, технологичность синфазных ДСМ ограничена возможностями реализации требуемых волновых сопротивлений.

Таким образом, необходима разработка схемотехнических решений ДСМ на основе коротких отрезков линий, обеспечивающих компенсацию влияния распределенного характера мощной балластной нагрузки и реализуемых на основе минимальной номенклатуры волновых сопротивлений линий.

Анализ цепи является основой для расчета характеристик устройства и одновременно - необходимым этапом при решении задач диалогового и машинного синтеза. Анализ сложных систем обычно осуществляется на основе декомпозиционного подхода (В.В.Никольский, Д.И.Воскресенский, Д.М.Сазонов, Т.А.АЬек, Ь.М.Уош^). Задача анализа системы при этом сводится к ее рекомпозиции. Для устройств ОВЧ и УВЧ диапазонов приемлемая точность моделирования обеспечивается при использовании аппарата теории линейных электрических цепей. Рскомпозиционная модель представляет собой соединение многополюсников. Применяются различные рекомпозиционные алгоритмы, основанные на решении

матричных уравнений (Б.М.Заикин, В.П.Романов, Д.М.Сазонов, V.A.Monaco, Р.Tiberio, D.M.Young), систем линейных алгебраических уравнений (Д.Д.Ширяев), анализе топологической (В.И.Анисимов, Л.И.Бабак, А.Г.Оншцук) или сими одической (Vai Mankuan, Hong Bin, S.Plasad) моделей. Число необходимых операций в рамках этих алгоритмов быстро возрастает с увеличением числа соединений. Для всех перечисленных методик требуются согласованные нормировочные базисы.

Анализ параметрической чувствительности многополгосной системы в настоящее время обеспечивают также на основе рекомпозиционных моделей (J.W.Bandler, G.Joculano, V.A.Monaco, P.Tiberio, P.Penfield, C.Rauscher). Как прямой так и косвенные (на основе теоремы Тсллегена) методы расчета близки к упомянутым выше рекомпозиционным алгоритмам анализа характеристик и обладают теми же недостатками.

Задача определения допусков на физические параметры по заданному максимальному конечному отклонению S-параметра неоднозначна. Неоднозначность устраняют на основе априорного предположения о равенстве частных отклонений (К.Гехер), минимаксного подхода (Г.А.Юфит), введения векторной чувствительности (P.Valtonen), однако все указанные подходы требуют вычисления функций чувствительности по всем варьируемым параметрам.

Таким образом, существующие алгоритмы рекомпозиции многопошосных систем требуют дальнейшего развития с целью создания ресурсосберегающих методик анализа характеристик, параметрической чувствительности и допусков.

Цель работы - разработка методик анализа и алгоритмов рекомпозиции сложных многополюсных систем, оптимизация характеристик устройств распределения и сложения сигналов по заданным критериям, повышение эффективности устройств распределения и сложения ОВЧ и УВЧ сигналов для антенно-фидерных систем радиосвязи, радиовещания и телевидения.

Основные задачи исследования.

1. Разработка аналитического аппарата и эффективных методик исследования характеристик линейного многополюсного ВЧ соединения в рамках единого рекомпозиционного алгоритма.

2. Разработка методик расчета и алгоритмов оптимизации характеристик устройств распределения и сложения сигналов по комплексным критериям, включающим электрические и конструктивно-технологические параметры.

3. Разработка и обоснование новых технических решений для элементов устройств распределения и сложения сигналов.

4. Разработка и исследование частотно-разделительных устройств и устройств сложения мощностей.

5. Оптимизация характеристик, практическая реализация и экспериментальное исследование разработанных устройств.

Методы исследования: аналитический аппарат общей теории линейных электрических цепей в терминах волновых матриц рассеяния, численные рекуррентные методы расчета и анализа сложных многополюсных систем, численные методы оптимизации характеристик сложных устройств по комплексным критериям.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен и разработан новый подход к исследованию сложной многополюсной цепи, состоящий в том, что в рамках циклического алгоритма учитываются преобразования параметров рассеяния и одновременно функций и мажорант чувствительности при последовательном выполнении соединений в системе.

2. Разработаны методика и алгоритм оптимизации электрических характеристик устройств и конструктивно-технологических допусков по критерию минимизации отклонений параметров рассеяния от заданных значений и максимизации обобщенного допуска при конструктивных ограничениях.

3. Предложена схема, произведен расчет и оптимизация узкополосного кольцевого балансно-фильтрового частотно-разделительного устройства по критерию максимизации развязки, минимизации потерь и разноса частот и максимизации конструктивно-технологических допусков.

4. Разработана схема, произведен расчет и оптимизация узкополосного частотно-разделительного устройства на основе высокодобротных резонаторов с индуктивной связью по критерию максимизации развязки, минимизации разноса частот и максимизации конструктивно-технологических допусков.

5. Разработана схема и произведена оптимизация широкополосных фильтровых и фильтро-мостовых частотно-разделительных устройств по критерию максимизации развязки, минимизации потерь и максимизации конструктивно-технологических допусков.

6. Предложено новое техническое решение, разработана схема и произведены расчет и оптимизация сумматора-делителя мощности с реактивной балластной цепыо.

7. Предложены новые технические решения, разработаны схемы, произведены расчет и оптимизация мощных сумматоров-делителей с компенсацией влияния неидеалыюго характера мощных балластных нагрузок.

Практическая ценность.

Предложены новые технические решения для ЧРУ и ДСМ.

Разработаны диплексеры и фидерно-фильтрующие устройства для антенно-фидерных трактов цетральных станций .систем связи с подвижными объектами, позволяющие обеспечить улучшенные качественные показатели систем.

Разработаны узкополосные и широкополосные ЧРУ, обеспечивающие увеличение числа телевизионных, и ОВЧ ЧМ программ при сохранении радиусов зон вещания без реконструкции имеющихся антенн.

Проведены экспериментальные исследования частотных характеристик разработанных устройств, подтвердившие полученные теоретически показатели качества их работы.

На предложенные устройства разработана конструкторская документация.

Реализация результатов работы.

Результата диссертационной работы использованы для создания устройств распределения и сложения сигналов, включенных в состав: АФУ действующих систем президентской и правительственной связи России и Казахстана; - комплекса КЧМ-300 при организации многопрограммного ОВЧ ЧМ вещания в сельских районах 12 субъектов Российской Федерации; антенно-фидерных. трактов на радиотелевизионных передающих центрах Алма-Аты, Архангельска, Екатеринбурга, Пензы, Самары и Сыктывкара для увеличения числа программ.

Соответствующее оборудование антенно-фидерных комплексов разработано СОНИИР в рамках работ, выполненных в интересах Минсвязи России, ФАПСИ РФ, КНБ Казахстана и других ведомств. Диплексер ОВЧ ЧМ сигналов (в составе комплекса) сертифицирован Министерством связи России. В СОНИИР освоено производство разработанных изделий.

Результаты работы использованы в учебном процессе ПИИРС при постановке курсов углубленной подготовки радиоинженеров.

Внедрение результатов диссертации подтверждено соответствующими актами Министерства связи РФ, в/ч 11232, НИИ автоматики (г.Москва) и ПИИРС.

Апробация результатов работы и публикации.

Основные положения и результаты работы докладывались на Российской научно-технической конференции, посвященной 40-летию ПИИРС (Самара, 1996 г.), Научно-технической конференции профес-

сорско-преподавательского и инженерно-технического состава ПИИРС (Самара, 1995 г.), 32-й, 33-й и 35-й Всесоюзных научных сессиях НТО РЭС им.А.С.Попова (Москва, 1977, 1978, 1980 г.г.), научно-технической конференции "Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры на промышленных предприятиях" (Запорожье, 1977 г.). Написан параграф, помещенный в монографии; опубликованы 23 научные статьи, 6 тезисов докладов на научных конференциях. Получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, приложений и списка литературы. Основная часть работы содержит 118 страниц машинописного текста, 104 рисунка и 18 таблиц. Список литературы содержит 172 наименования.

На защиту выносятся:

1. Методика, алгоритм и аналитический аппарат исследования электрических характеристик, параметрической чувствительности и допусков для сложной многополюсной цепи путем рекуррентного преобразования параметров рассеяния и одновременно функций и мажорант чувствительности при последовательном выполнении соединений в системе.

2. Методики расчета и алгоритмы оптимизации электрических характеристик и конструктивно-технологических допусков устройств распределения и сложения сигналов по критерию минимизации отклонений параметров рассеяния от заданных значений и максимизации обобщенного допуска при oi-рапичениях, связанных с конструктивными требованиями.

3. Новое техническое решение узкополосного кольцевого балансно-фильтрового частотно-разделительного устройства, оптимизированного по критерию минимизации потерь и максимизации развязки и конструктивно-технологических допусков.

4. Схема узкополосного частотно-разделительного устройства на основе высокодобротных резонаторов с индуктивной связью, оптимизированного по критерию минимизации потерь и разноса частот и максимизации конструктивно-технологических допусков.

5. Схемы широкополосных фильтровых и фильтр о-м осто вых частотно-разделительных устройств на резонаторах с полным включением, оптимизированные по критерию минимизации потерь и максимизации развязки и конструктивно-технологических допусков.

6. Новые технические решения сумматоров-делителей мощности с реактивными балластными цепями и компенсацией потерь мощности в балластных нагрузках, оптимизированные по критерию

минимизации потерь и максимизации развязки и коэффициента бегущей волны.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и основные задачи исследования, описаны состав и структура работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые па защиту.

В разделе 1 приведены результаты разработки и обоснования перспективных решений для создания эффективных устройств распределения и сложения сигналов ОВЧ и УВЧ.

В резонаторах режекторно-полосовых фильтров мощных ЧРУ на комбинированных шлейфах возникают пучности напряжения и тока, в несколько раз превышающие амплитуды бегущих волн, что усложняет обеспечение электропрочности. Автором предложено применение резонаторов на длинных шлейфах с полным включением при обеспечении необходимого сочетают полосовых и режекторных свойств за счет оптимизации параметров шлейфов и линий связи в многорезонаторном фильтре, проведен анализ характеристик фильтров при различных количествах резонаторов и параметрах элементов. Показано, что подобные фильтры обеспечивают повышенную электрическую прочность.

Предложена новая схема кольцевого балансного диплексера ОВЧ ЧМ программ, содержащего кольцевой мост и два одинаковых резонатора (рис.1). Баланс кольцевого моста требуется только на частоте Г2 , благодаря чему диапазон реализуемого разноса частот не ограничен широкополосностыо кольцевого моста.

Предложена и проанализирована новая схема делителя-сумматора мощности на коротких отрезках линий с реактивным элементом в балластной цепи, позволяющая увеличить развязку, уменьшить потери мощности и сократить габаритные размеры устройства.

Предложены и исследованы новые схемы делителей-сумматоров мощности с мощными заземленными и нез аз ем ленными (рис.2) балластными нагрузками, позволяющие компенсировать паразитные эффекты, связанные с распределенным характером мощного резистора, и тем самым обеспечить увеличение развязки и снижение потерь мощности.

А,

Резонатор

/

1 Я.1/4 1 1 Ы2-Ы4 -

N Ь_/4 - А../4 А.2-Я.1/4 - Ы4

1 1 1

Резонатор

&

1-

-М-1-

н-^

я

Wз ч-ь

и

Wl т н-М-

т

н н

Рис.1

3

Рис.2

Раздел 2 посвящен разработке общих методик анализа линейных многополюсных ВЧ соединений.

В основу анализа положена известная модель, представляющая собой исходный многополюсник с матрицей рассеяния [В];п+2р) и матрицей функций параметрической чувствительности [0](п+2Р> , в котором выполняются р "внузренних" соединений. Автором разработана рекуррентная методика анализа многополюсиого соединения, рекурсивный рекомпозиционный алгоритм и получены соотношения, позволяющие рассчитать матрицы рассеяния [8<р)](П) и чувствительности Ю®](п) сложной многополюсной цепи:

[У(т)]=[ р]: [А(т) ]: [У0 и ]; [У(®-0]= [У0(т)]=[У] (т-1)]+[АСп)][У2(т-1)];

[I] №(«-»] [0] [У2 (т-')]

[\УН=

га

[ВМ]

га [о]

[\Уо(и> =[\У1(т-1)]+|ЛУ2(т-1))][В('")];

I У,к(Р) ркЛУц(р) ; к,!

(1)

л

где i,j=l,2,...,n+2p; i,j*ki,k2 ,...,km ,li ,h ,...,lm ;

k—km ; 1—lm ; m=l,2,...,p.

Найденные соотношения для элементов матриц [А(")] и [В(™)] устанавливают их зависимость от S-параметров и базисных имиедансов. Преимуществом предложенного метода, в отличие от существующих, является отсутствие требования предварительного согласования нормировочных базисов.

Разработана методика расчета допусков на основе введенных понятий обобщенного допуска: бхь = Wk 5х (5х - обобщенный допуск, 5хк - относительный допуск на физический или конструктивный параметр Xk , w* - неотрицательные весовые коэффициенты, заданные из конструктивно-экономических соображений) и мажорант чувствительности:

MijW^IIQijfm) (Xk)Wkp (2)

k

При этом

Mij (р) =(Mij + I IVik (p) I2 Mki IWij CP) |2) , (3)

k, 1

|5i (max > I ASjj ÍP) |max / V M,j <P) (4)

и обеспечивается однозначное определение максимальных отклонешш физических параметров 5хк, реализующих заданные пределы отклонений параметров рассеяния [ASy № |тах. Минимизация мажоранта чувствительности эквивалентна оптимизации допусков.

Проведенная оценка эффективности разработанных общих методик анализа с точки зрения эконом™ машинного времени по сравнению с известной методикой (V.A.Monaco, Р.Tiberio) установила области значений числа внешних и внутренних плеч, для которых обеспечивается ресурсосбережение. Максимальный выигрыш составляет до 3 раз для расчета параметров рассеяния и до 2 раз для расчета преобразующих матриц при анализе чувствительности. Оценка допусков по мажоранте чувствительности позволяет резко сократить необходимое число операций при расчете и оптимизации допусков. Выигрыш для завершающей части расчетов (после вычисления преобразующих матриц) обеспечивается примерно во столько раз, сколько имеется варьируемых физических параметров.

Раздел 3 посвящен разработке методик расчета и алгоритмов оптимизации устройств распределения и сложения сигналов.

На основе общих соотношений выведены модифицированные рекуррентные формулы, обеспечивающие расчет параметров рассеяния, функций и мажорант параметрической чувствительности для каскадных соединений четырехполюсников, систем с параллельным соединением групп входов, систем с пространственно-осевой симметрией, а также устройств, образованных из исходных преобразованием нормировочного базиса, включая "сокращение" плеч.

Разработаны алгоритмы расчета и оптимизации характеристик устройства на основе двухуровневой декомпозиции его схемы. Предлагаемые алгоритмы обеспечивают поэтапный расчет и оптимизацию частотных характеристик и допусков. Вначале расчету (оптимизации) подлежат относительно простые функциональные элементы (ФЭ), а окончательная оптимизация может осуществляться при ограниченном числе варьируемых параметров.

При оптимизации частотных характеристик устройства или ФЭ минимизируется целевая функция:

г q pj m

Ф(х) = Z Z (vjk /Pj) I [Tk (x,fij) -Tk0 p + Z Ei ; (5) k=l j=l i—1 1=1

где х = (XI ,Х2 ,...,Хл1) - вектор варьируемых параметров;

- ьое значение частотной переменной в >ом частотном диапазоне;

р; - число частотных точек.|-го диапазона;

Тк(х,Гу) - значение к-ой характеристики (выходные данные при расчете ЧХ);

Тко - норма к-ой функции;

У]к - весовой коэффициент для к-ой функции в >ом диапазоне;

Е| - функции штрафа;

- соответственно число функций, частотных диапазонов и варьируемых параметров.

При оптимизации устройства или ФЭ по конструктивным параметрам минимизируется целевая функция:

г q Pj

Т(х) = Ф(х) + Е vMk I (1/pj) Z Mk (x,fij); (6)

k=l j=l i=l

где Мк - мажоранта чувствительности некоторого к-го параметра рассеяния;

Умк - весовой коэффициент для этой мажоранты. Остальные обозначения соответствуют (5).

Получены аналитические выражения для расчета параметров рассеяния и функций параметрической чувствительности базовых элементов (БЭ) рассматриваемого класса устройств: отрезков линий передачи, связанных линий, сосредоточенных импедансов, однородных и ступенчатых шлейфов, резонатора с индуктивным возбуждением. Установлена взаимосвязь между физическими и конструктивными параметрами БЭ для наиболее распространенных вариантов конструктивно-технологической реализации.

Выведенные модифицированные рекуррентные формулы, разработанные алгоритмы и предложенный аналитический аппарат для описания параметров базовых элементов обеспечивают расчет и оптимизацию устройств распределения и сложения сигналов по заданным критериям, в том числе по комплексному критерию, включающему одновременную оптимизацию частотных характеристик и конструктивных параметров.

В разделе 4 приведены результаты исследования и разработки эффективных устройств распределения и сложения сигналов.На основе алгоритмов, представленных в разделе 3, выполнены расчеты и оптимизация частотных характеристик по критериям, связанным с показателями назначения, для устройств, схемотехнические решения которых обоснованы в разделе 1: диплексеров ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА (балансных и на "вилке" фильтров), кольцевого диплексера ОВЧ ЧМ программ, квадроплексера каналов радиосвязи; широкополосных ЧРУ (балансных и на "вилке" фильтров) для попарного объединения ТВ каналов, а также диапазонов ОВЧ ЧМ вещания; делителей-сумматоров мощности. На рис.3 в качестве примера приведена схема балансного ЧРУ для объединения ТВ каналов на направленных ответвителях (НО) и фильтрах с полным включением резонаторов.

Исследования частотных характеристик оптимизированных устройств подтверждают достижение высоких показателей по основным параметрам эффективности разработанных схемотехнических решений.

В разделе 5 приведены результаты оптимизации по конструктивным параметрам и практической реализации эффективных устройств распределения и сложения сигналов для аIгганго-фидерных систем средств радиосвязи, радиовещания и телевидения.

На основе алгоритмов, обоснованных и разработанных в разделе 3, проведена оптимизация разработанных в разделе 4 устройств по критериям, связанным с конструктивно-

технологическими параметрами. В результате получены близкие к оптимальным частотные характеристики при ощутимом снижении требований к консхруктивно-технологическим допускам. Достигнутые значения допусков позволили применить в составе элементов и узлов устройств стандартный кабель и прокат цветных металлов в состоянии поставки, без существенной механической обработки, что создало основу для простых и экономичных конструктивно-технологических реализаций разработанных устройств.

Экспериментальное исследование частотных характеристик разработанных устройств, а также результаты их эксплуатации в составе оборудования антенно-фидерных комплексов радиосвязи, радиовещания и телевидения подтверждают достижение высоких показателей эффективности. На рис.4 в качестве примера приведены основные расчетные (сплошные кривые) и экспериментальные (дискретные значения) характеристики устройства объединения 7 и 9 ТВ каналов, выполненного по схеме рис.3.

Рис.3

С|2, дБ КБВ

184 186 188 190 198 200 202 204 МГц

Рис.4

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы:

1. Предложены и обоснованы перспективные схемотехнические решсшш для построения устройств распределения и сложения сигналов ОВЧ и УВЧ.

Обобщены предложенные автором новые технические решения: широкополосные фильтры и фильтро-мостовые частотно-разделительные устройства на резонаторах с полным включением; узкополосный кольцевой балансный диплексер; различные схемы делителей-сумматоров мощности.

2. Разработан аналитический аппарат описания и исследования произвольных многополюсных соединений на основе известной рекомпозицнонной модели сложного многополюсника в терминах матриц рассеягаш и предложенных автором рекуррентных соотношений. В отличие от известных, предложенный аппарат не требует предварительного согласования нормировочных базисов элементов. Предложена методика анализа функций параметрической чувствительности сложных многополюсных систем на основе расчета преобразующих матриц по рекуррентным формулам одновременно с расчетом параметров рассеяния. Введено понятие обобщенного допуска, предложена методика расчета допусков, разработан способ их оценки по мажоранте чувствительности. Подтверждена эффективность разработанных общих методик анализа с точки зрения экономии машинного времени.

3. Выведены модифицированные рекуррентные формулы расчета параметров рассеяния, функции и мажорант параметрической чувствительности для типоввх видов соединений. Получено аналитическое описание параметров рассеяния и функций параметрической чувствительности базовых элементов. Предложены алгоритмы расчета и оптимизации частотных характеристик и допусков, обеспечивающие ресурсосберегающую технологию численного решения задач оптимизации устройств по заданным критериям, в том числе по комплексному критершо, включающему одновременную оптимизацию частотных характеристик и конструктивных параметров.

4. Выполнены расчеты и оптимизация частотных характеристик узкополосных и широкополосных устройств распределения и сложения анналов, а также делителей-сумматоров мощности по критериям, связанным с показателями назначения, что создало основу для разработки эффективных устройств (диплексеров, мультиплексеров и делителей-сумматоров). Эффективность разработанных схемотехнических решений подтверждена экспериментальным исследованием частотных характеристик оптимизированных устройств.

5. Реализованы предложенные алгоритмы, с помощью которых выполнены расчеты и оптимизация устройств распределения и сложения сигналов по критериям, связанным с конструктивно -технологическими параметрами устройств, что позволило осуществить разработку и исследование эффективных диплексеров, мультиплексеров и делителей-сумматоров. Оптимизация устройств распределения и сложения сигналов по конструктивным параметрам, включая максимизацию допусков по предложенной автором методике, основанной на минимизации мажорант параметрической чувствительности, позволила обеспечить сохранение близких к оптимальным частотных характеристик при ощутимом снижении требований к конструктивно-технологическим допускам.

Теоретические и экспериментальные исследования диссертационной работы создали основу для разработай эффективных устройств, включенных в реально функционирующее оборудование антенно-фидерных комплексов радиосвязи, радиовещания и телевидения, разработанное СОНИИР в рамках работ, выполнявшихся в интересах ФАПСИ РФ, Минсвязи РФ, КНБ Казахстана и других ведомств и организаций.

В приложении 1 приводится вывод инвариантных линейных комбинаций функций параметрической чувствительности лннейной цепи в терминах параметров рассеяния, этот материал представляет самостоятельный интерес.

В приложении 2 помещены акты Министерства связи РФ, в/ч 11232, НИИ автоматики и ПИИРС о внедрении результатов диссертационной работы.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Минкин М.А. Устройства на основе резонаторов (фильтровые устройства). В кн.: Казанский Л.С., Романов В.А. Антешто-фидерные устройства дскаметрового диапазона и электромагнитная экология. - М.: Радио и связь, 1996. - С.20-26.

2. A.c. 497671 СССР, МКИ Н 01 Р 5/12. Делитель мощности / Заенцев В.В., Минкин М.А. (СССР). - 2с.

3. A.c. 543054 СССР, МКИ2 Н 01 Р 5/12. Многоканальный делитель мощности / Заенцев В.В., Виноградов Г.А., Минкин М.А. (СССР). - 2с.

4. A.c. 919000 СССР, МКИ3 Н 01 Р 5/12. Многоканальный делитель мощности / Заенцев В.В., Минкин М.А., Бельчинский В.В., Мач И.Э., Жильцов H.H. (СССР). - 2с.

5. A.c. 1145387 СССР, МКИ4 Н 01 Р 5/12. Многоканальный делитель мощности / Заенцев В.В., Александров A.C., Бельчинский В.В., Минкин М.А. (СССР). - Зс.

6. А.с. 1363341 СССР, МКИ" Н 01 Р 5/12. Устройство для сложения мощности / Маликов В.В., Миикин М.А. (СССР). - Зс.

7. А.с. 1497642 СССР, МКИ4 Н 01 Р 5/12. Делитель мощности / Маликов В.В., Минкин М.А., Трифонов А.П. (СССР). - Зс.

8. Заенцев В.В., Минкин М.А. Расчет энергетических соотношений в произвольном многополюснике с несколькими генераторами и нагрузками // Радиотехника и электроника. - 1974. - 19, №8. - С.1173-1175.

9. Заенцев В.В., Минкин М.А. Расчет параметров рассеяния соединения произвольных СВЧ многополюсников // Радиотехника и электроника. - 1975. - 20, №3. - С.655-657.

10. Заенцев В.В., Минкин М.А. Определение параметров рассеяния произвольного многополюсника с параллельным соединением групп зажимов // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1976. - 19, №7. -С. 109-III.

11. Заенцев В.В., Миикин М.А. Анализ чувствительности сложных СВЧ соединений // Радиотехшпса и электроника. - 1975. - 20, №11. - С.2383-2386.

12. Заенцев В.В., Минкин М.А. Инварианты чувствительности параметров рассеяния СВЧ многополюсников // Радиотехника и электроника. - 1977. - 22, №7. - С.1504-1507.

13. Заенцев В.В., Минкин М.А. Синтез многоканальных делителей мощности на коротких отрезках линий // Радиотехника и электропика. - 1976. - 21, №1. - С.169-172.

14. Заенцев В.В., Минкин М.А. Многоканальный СВЧ делитель мощности на укороченных отрезках линий // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1976. - 19, №2. - С.69-73.

15. Минкин М.А., Заенцев В.В. Многоканальные делители-сумматоры мощности на отрезках линий со стандартным волновым сопротивлением // Известия вузов. Радиоэлектроншса. - 1977. - 20, №8. - С.19-23.

16. Минкин М.А. Обобщенный алгоритм машинного анализа СВЧ многополюсных соединений // Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры на промышленных предприятиях: Тезисы докладов научно-технической конференции. - Запорожье, 1977. С.53.

17. Минкин М.А. Эффективность анализа сложных соединений СВЧ многополюсников с помощью рекуррентных соотношений // 32-я Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио: Аннотации и тезисы докладов. - М., 1977. С.ЗО.

18. Минкин М.А. Функции чувствительности и мажорантная оценка допусков многополюсных СВЧ устройств // 33-я Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио: Аннотации и тезисы докладов. - М., 1978. С.63.

19. Заенцев В.В., Минкин М.А. Редукционный метод анализа и расчета сложных СВЧ цепей // 35-я Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио: Аннотации и тезисы докладов. - М., 1980. С.22.

20. Заенцев В.В., Мишши М.А. Мостовой сумматор СВЧ -повышенной мощности // Радиотехника и электроника. - 1982. - 27, №11. - С.2242-2244.

21. Минкин М.А., Маликов В.В. Компенсация влияния распределенного характера балластного сопротивления на характеристики сумматора мощности // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1985. - 28, №5. - С.76-78.

22. Маликов В.В., Минкин М.А., Бельчинский В.В. Пространственный сумматор мощности на основе волновода с пониженным сечением // Радиотехника и электроника. - 1985. - 30, № 9,-С.1842-1844.

23. Минкин М.А. Частотно-избирательные устройства сложения сигналов в антенно-фидерных трактах систем телерадиовещания и связи // Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава, посвященная 100-летию радио: Тезисы докладов. - Самара, 1995. - С.29-30.

24. Минкин М.А. Расчет и оптимизация характеристик, параметрической чувствительности и допусков линейных многополюсных ВЧ устройств // Российская научно-техническая конференция, посвященная 40-летию ПИИРС: Тезисы докладов. -Самара, 1996. - С.38-39.

25. Красильников А.Д., Минкин М.А., Юдин В.В. Повышение эффективности многовходовых приемо-передающих антенных систем // Информатика, радиотехника, связь: Сборник научных трудов молодых ученых ПИИРС. - Самара, 1996. - С.49-54.