Введение к работе
Актуальность проблеми. Замедление темп on экономического і: социального развития, наблюдаюдоеся в последние годи, видви-гает порад техническими науками копплекспиз проблеми, затрагивающие не толы;о научно-технические, но и соцвадьно-сионемн -ческне показатели! производства. Одноіі из токових является противоречивая и непреходящая проблемо качество и производитель -пости. В'рамках радиоэлектронных ;.;етодов п средств воздействия па производство с учетом особенностей т: использования эта комплексная проблема трансформируется в научную проблему пови-шения объективности технологического контроля с целью обеспе -ченпя существенного повішення как качества, та;', н производи -тельностп.
Особенно OC1J..O проблема повимоння о:)рс;:тивностн v .боспс-чепкя требуемого технологического контроля стоит в тех видах производства, где значительный уделыши вес занимают операции стендовой отработки, доводки, подгонки и правки. К так;:, видам в первую очередь следует отнести производстве С,7:-устрс.;.огв II сверхглубоких каналов, нграидих ваипоіиіум :г:>::\, в специальном приборостроении и точно;.' машиностроении.
Современное производство ОЇЯ-устро'.'іСтв остается иудоои -Кїв.ї и малопропзізодительтд.і процессе:;. В особенности ,;тп от.;о -ептся к производству многозвенных резонансних днолектріимсніїх и волиоводпо-днзлехтрическнх іїп.тьтруїхглх и оогласугднх уст -ренств, где до ВО ',' от всего времени затрачивается па настройку и подгонку изделиії.
В оптическом и СВЧ- приборостроении, в точном и специальном машиностроении широкое распространенно получили сверхглу -бокне направляющие системи (сверхглубокие канали, пли отвер -стня), параметра которпх оказывают определяющее влияние на качество всего устройства, а их изготовление является наиболее узки;.; местом в общем производстве. В качество средств технологического контроля при их изготовлении до сих пор используются или недостаточно точные механические системи, или низкопроиз -водагелышо колліслаторіше устройства, а корректировка (правка) каналов осуществляется вручную с использованием субъективного визуального контроля по метода теневого треугольника.
Вместе с тем хородо известии лазерные методи и устройства измерения и контроля углових и линейных параметров каналов,
ТеХШІЧЄСККІІ ypDBeilb КОТОРЫХ Определяется ХОРОШО разВЛТШИ 1JO-
тодамп и средствами формирования пространственно-угловых ха -рактернепш излучения, а также устройстваг.ш пространственно-. угловой обработки сигналов.
Таким образом, несмотря на значителыше достижения как в области теории средств п методов контроля, так и в области конструирования измерительных устройств, в рассмотренных видах производства проблема обеспечения требуемого технологического контроля остается открытой.
В сложившейся ситуации перспективы успешного решения ука -занной проблемы необходимо, очевидно, связывать с решением це -лого комплекса задач, включающих как поиск и использование но -вых или малоизученных явлений, так и разработку на их основе новых, более эффективных радиотехнических устройств измерения и технологического контроля.
Определенные возможности в решении зтпх задач могут содержать методы и сродства, основанные на сравнительно малоизученном явлении резонансной частотно-угловой фильтрации электро -магнитных волн в слоисто-неоднородных структурах.
Объектами исследования являются высокодобротные многозвенные слоисто-неоднородные її волноводно-дпэлектрические структуры с запредельными связями с частотно—угловой избирательностью, метода и устройства формирования пространственно-угловых характеристик волновых, полей, методы и устройства измерения и тех -нологкческого контроля параметров материалов и изделий, а гайке методы проектирования устройств измерения и контроля.
Рсдлешя проблема. Обеспечение требуемой эффективности технологического контроля в производстве СВЧ-устропств и сверхглубоких каналов в специальном приборостроении путем применения радиотехнических устройств измерения и контроля, реализующих явления, методы и средства резонансной частотно-угловой фильтрации электромагнитных волн.
Цель работы состоит в разработке теории резонансной час -тотпо-угяовой фильтрации электромагнитных волн и разработке на ее осног.е принципов построения нового класса высокоточных рздио-техпкчееккх устройств измерения и контроля к метрдов их проок-ткгог.:і-<.:я.
:",:ч-."-т диссертационной работы заключаются в том-, чтобы в ре'!улі-ігтс теоретического и экспериментального исследования
- о -
особенностей вззїімодєйстгня алектромагнптннх волн о внеокодо -бротнпмк слопсто-неодпородгагмк структурам! с угловоіі п частох-ао-угдовсіі избирательность.1} разработать:
модели базових процессов и методов формирования прост -ранстлеіігіо-углоз.-іх к чзстотно-грсмешшх характеристик радио -тохддічсскітд --етр-Лотв :т спгнолзв;
базовые элементы широкого функционального назначения, рааднзу;ак;о яхизддл р„сс:ї_::с:іо;: частотпо-угловоіі йд.тьтргщчп;
основи тоср:::: резонансной ч^стотио-угловоїі ;шьтрзшит электромагнитных иолн в вмсикодсброїс-:ь'х устройствах формирования малорасходяїпихся волновюс пучков;
основы проектирования и применения новых радиотехшічее-ких устройств кзмерешщ и технологического контроля;
серпа'приборов д комплексов, обесиечнвагтг.гх требуемнй технологический контроль в производство СЕЧ-устройств п сверхглубоких каналов и, том самим,. суі,,стбєнноє повизешю качества и производительности в специальном приборостроении.
Методи исследования: теоретические методы классической электродинамики, меуодц теории функций комплексного переменного, теории интегральных уравнений,, экспериментальные метода радиотехники. СВЧ- и оптического диапазонов.
Научная новизна рабош состоит в теоретическом и экспериментальном исследовании взаимодействия электромагнитных волн с
ВИСОКОДОбрОТННМІІ СЛОКСТО-НСОДПСрОДИ1!М11 II ВОЛКОВОДНО-ДИЭЛСКТрИ-
чесгатли структурами с частотно-углово.Ч пзбирательносты:, что позволило разработать:
- метода существенного (до 3-:: порядков) повітлзпкл угловое
розреіззд'Д': і способности слонато-чеелнородкн:: структур (а. с.
:.: 319^-3);
- метод: і значительного (до 2-х порядков) поізіпенид частот
ної! разрсма::мел способности вслповедно-дчэлсктричеаких. устройств
(а.о. J- 23363?);
' - методи л устройства (а.с. О 55G527, 377С35, 424197, 728363, IIC33S6) формирований малор'эсходядпхел водповях пучков с требуемыми ппостранствздно-угловим:: характеристиками излучения; .'...'
- методи анализа многозпешгцд каскадних'сдоксто-кэоднород-
них и золновадно-дігдектричссккх структур, обеспечивание зна
чительное (до 2-х'порядков) уменьшение трудоемкости процесса
расчета характеристик этих структур;
аналитический метод электродинамического синтеза кас -кодних многозвенных волноводно-даэлектрических структур, по -зволянцпй одновременно повысить точность результатов п сократить (до 2-х порядков) машшноо время при их проектировании;
устройства измерения (датчики) ^угловых и линейных от -клонений с угловым разрешением до 10" d секунды к линейным раз-. решением до 10 исы.
Р'гггртттор?.її-'9 и заппіщаемие нопуе научные и практические погтогогитя:
1. Основы тсорггт резонансной угловой и частотно-угловой
фильтрации электромагнитных волн, включающие:'
модели взаимодействия ограшіченішх волновых пучков с резонансными шсокодобротнши слоистыми структурами с угловой и частотно-угловой избирательностью; исследование которых позво -ліно выявить пути значительного повнивши угловой и частотной разрешающей способности этих структур;
модели преобразования и формирования углового спектра малорасходядкхся ограниченных волновых пучков в открытых резонаторах и открытых волноводах, анализ- которых позволил выявить способы уменьшения угловой расходимости и повышения просТран -ствешго-угловой стабильности излучения в устройствах данного типа;
.- методы и процедури расчета частотно-угловых характеристик слоисто-неоднородных структур и пространственно-временны:; характеристик взаимодействующих с нг.лп пучков', которые за счет белкой адекватности процессам резонансной частотно-угловой іїкльтрацш: н меньшак трудоемкости обеспечивают к повышение точности, и снижение затрат мапшшэго времени при автоматизированном анализе радиотехнических устройств нового класса.
2. Аналитический метод обобщенного олектродпнамического
синтеза гаїльтрующіїх и согласующих радиотехнических' устройств, с
частотно-угловой избирательностью, отличающийся от известных: '
введением нового прототипа, более адекватного реальная устройствам; _
введением новой обобщенной частотно-угловой переменной, более то'чю оппсывощец волновг.е процессы в структурах;
использованном разработанных алгоритмов синтоза, умень--ма/щкх трудоемкость расчетов на , .что обеспечило одноврзмзи-
но и повплієккє точности, и сшшешіе затрат машинного времени при автоматизированном проектировании устройств.
3. Основи проектирования базовых элементов и радиотехнических устройств измерения и контроля, содержащие:
- их модели и метода теорій резонансной частотно-угловой
(лільтрацин;
'- модели в алгоритмы автоматизированного анализа (наращивания математических моделей) многозвенных каскадних структур;
- алгоритми автоматизированного аналитического синтеза
многозвенных структур с угловой и .частотно-угловой фильтрацией;
а таїсее методику метрологического обеспечения и рационального
применения рассматриваемых устройств в качестве средств изме -
рения и технологического контроля.
1. Принципиально новые базовме элемент и радкотехничес -кие устройства нового класса на основе ошїектов резонансной частотно-углозоіі с^лырацнл, а именно:
вошоводно-диэлектрлческий резонатор в запредельном волноводе (а.е. J,; 238632);
резонансний сканирующий угловой фильтр (а. с. & 3I3S33);
устройства еіоршровпния и стабилизации просгранствоцло-уг.товіа характеристик волнових пучков (а.с. !':і 556527, 377;Л:.5, 121-197, 723307, ІГСЗЗЗС);
устройства управления частотно-зрсменпь'М!: гара.;тео.-.;,г-ко:л: волновых лучков (п.о. $: ІІ08897, 1503232);
устройства измерения (датчики) углових и лилейных отклонений (а.с. Ж 3IS953, І3767І0);
устройства обработки оптических сигналов (а.с. .'','J 430-158, 949349);
устройства управления энергетическими характеристиками волновых пучков (а.с. !>. I4C8409).
5. Результати внедрения п применения нового класса високоточних радиотехнических устройств измерения и технологического . контроля в опытном и серпііном производствах СВЧ-устройств п сверхглубоких каналов, что обеспечило:
- повииение (до 15 раз) точности и производительности про
цессов технологического контроля в производстве сверхглубоких
каналов;
- повышение (до 20 раз) точности и производительности про
цессов измерения и to $ диэлектрических материалов в СВЧ-
диапазоне;
- повышение (до 2-х порядков) точности результатов проектирования и производительности процессов проектирования многозвенных резонансних фильтрующих н согласующих СВЧ-устроііств.-
6. Суммарный экономический эффект, превшалцпіі-800 тыс. русі., полученный в результате внедрения и применения разработанных г.іО'годіік н нових радиотехнических устройств измерения и технологического контроля на предприятиях отрасли.
Практическая ценность работы. На основе выполненного комплекса исследований' под руководством к непосредственном участии автора:
-
Разработаны и внедрены контрольно-измерительные коми -локсц, обеспечивающие существенное (до 20 раз) повышение точ -пости і; производительности процессов измерения и контроля.
-
Разработаны и внедрен:! эффективные метода и'алгоритмы проектирования радиотехнически устройств- с частотно-угловой 'избирательностью, сбеспечпваїоцие повышение (до 2-х порядков)
точности и щюизводьтнлі.ностп процесса проектирования.
3. Разработаны, созданц и внедрены радиотехнические устрой
ства, отлнчаициеся .улучшенными характеристиками, на новизну
технических решении которой получено 25 авторских свидетельств.
Релзпггчтя рпсіотн. Получешыэ в работе теоретические и практические результати воплощены в серии устройств, систем и технологии, пепользуп^пхея в серийном и оішіш.1 производствах на предприятиях гг.і.'іосивм, Тулы, Горького'и др. Экономический о'й'скт от внедрения составил более 800 тыс. рублей.
Разработанные автором модели, методы и устройства, а такие обобщенный электродинамический синтез СВЧ фильтрувдих и согла -сую^іх устройств внедрены в Тульском политехническом институте во все види учебного процесса - в лекционные курси, лаборатор -ііціі практикум, курсовое-к дипломное проектирование). На основе полученных результатов издано 5 учебных пособий и.более 20 ме -тодических указаний для шполнешш ряда циклов лабораторных работ.
Апробация работа. Основные положения и результаты диссер';-тационной работ докладывались ца.П Всесоюзной научно-технической конференции "Применение лазеров в приборостроении, машино -строении и медицинской технике" в г.Москве, 1979 г.; Всесоюзной конференции "Развитие теории и. техники средств хранения инфор-
-9.-
мащпі" в г."оскге, 1030 г.; Всоссгззнон копТоренцші "Развитие и внедрен;^ нової] техники рздпоприемішх устройств", г."ос:тз -г .'Горький, 1981 г.; Первой Всесоюзной. і;о;іч.ерзкцпи по радноол -тике, г.Фрунзе, IS8I г.; Вєєсойзной конференции "Диалог "чолове-' - 3JV.", г.Ленинград, 198? г.; XjOTTI Всесоюзной научной сессии ІЇЇ0 Ї-CJ і;,;. Л.С.Попова, г.Мсскьа, 1902 г.; Всесоюзно" :;с;і:;сроі:і^^: "ІІнтсгр-ільпая здзктрснгга СШ", г.Новгород, 198'.'. г.: на онг.тртум" по дигг.рякинч, г.лвръчон, 1.984 г.; меклунарошкх ксн^ер ніп::ях ті школах-семинарах по акустзсптнно, г.Ленинград, Т969, TQ9Q, Т99Т гг.; Всесоюзной конференции "Актуальные про -блетлн электронного приборостроения", г.Новосибирск, 19Э0 г.; на ыстодоолпг-шо::;.:,; семинаре Вислой іглсли по пр:-"лзднси зло:' -тродппамико в 1.12'Л, г.'.хскра; на семинарах г. ІЇГЗ /Л СССР, а тенге на сонгпзра.ч п кс::їера:;:;,..;ін, проБодннпх в Гдрпррпетровском государственном университете, Ленинградском институте авиационного, приборостроения, Киевском бы-дем инженерном училище связи, Пензенском и Тульском высших воєнно-шгшісрішх училищах в 1985... 1991 гг. '
В 1981 г.- автору за работы в области специального малкпо -строения .присуждена премия имени С. II.'Лосина. В 1987 г. панорамний измеритель угловой расходимости лазерного излучения отмечен бронзовой медалью ВДНХ В 1988 г. технические рспения по авто -матизацни контроля непрямслшіеіікости и автоматизированной правке сверхглубоких каналоз, разработанние под руководством автора, признаны лучшими зо' Всессгозном конкурсе, проведенном ,~урпалом "Наука и техника". В 1989 г. за создание рздпооптическол системы контроля параметров, сверхглубоких каналов автор кзгра:хдзн серебряной медали!) ЕД7Е.
Структура и объем диссертации. Виссортапид кзделзпз на 2С5 страшили мамипогахного текста, иллюстрируется 34 рисунками, З таблицами-и состоит из Еводегпы, мести глав, зух.гмченнп, списка.литературы из-тто напменоилн:!;': н Ш прилемсп;.::.
