Введение к работе
Актуальность работы. Общеизвестно, что разработка новых и совершенствование действующих систем связи является одним из основных факторов, способствующих научно-техническому прогрессу. Поэтому исследования, направленные как на повышение эффективности устройств и средств связи, так и на совершенствование методов управления научно-исследовательской деятельностью и опытно- конструкторскими работами в отрасли "Связь" не теряют своей актуальности.
Основные результаты, относящиеся к проблемам исследований в области волноводных СВЧ устройств и систем, содержатся в работах Л. Левина, В.И. Вольмана, Б.Ю. Капилевича, Ю.З. Данюшевского, В. Фрома и Р. Миттра. Главные направления исследований автора, связанные с данной проблематикой, это поиск строгих или приближенных аналитических решений задач электродинамики, возникающих при анализе и синтезе заполненных волноводных СВЧ структур, реализация методов системного подхода при сравнительном анализе способов построения различных СВЧ устройств и современных тенденций развития систем, а также разработка принципов построения эффективных систем связи, в частности, с учетом современных требований к миниатюризации аппаратуры.
Последние годы характеризуются усиленным вниманием к
проблемам стандартизации требований к параметрам
электромагнитной совместимости (ЭМС) аппаратуры систем
радиосвязи, в частности, к ее восприимчивости по отношению к
электромагнитным помехам. В соответствии с Директивным
документом по ЭМС, введенным странами Европейского
экономического сообщества (ЕЭС), не допускается эксплуатация
аппаратуры, не удовлетворяющей требованиям уже
согласованных стандартов. Совершенствуются и
подготавливаются новые стандарты, поэтому достаточно
интенсивно производятся исследования, направленные на
разработку норм, регламентирующих параметры
восприимчивости и помехозащищенности аппаратуры радиосвязи, и методов проверки на соответствие им.
Значительный вклад в создание теории восприимчивости радиоэлектронной аппаратуры к радиопомехам внесли В.П. Певницкий, Ю. В. Полозок, А. П. Калмаков, Г .К. Бороничев и
другие отечественные и зарубежные ученые. Основным направлением исследований автора в этой области является создание системного подхода к решению задач оценки восприимчивости аппаратуры систем радиосвязи по отношению к электромагнитным помехам и соответствующих методов тестирования.
Среди новейших достижений в области
совершенствования схем систем управления научно-техническим прогрессом хорошо зарекомендовали себя методы программно-целевого управления путем постановки развитой структуры целей. Однако в публикациях (например, в работах В.П. Баранчеева, В.Н. Волкова и Б. Твиса) отсутствуют конкретные пути дальнейшего развития такой структуры целей и расчета ее параметров, что затрудняет использование этих методов на практике. Исследования методов построения и анализа структур с целью оптимизации действующих и создания новых схем систем управления также представляются важными и своевременными, в частности, для уточнения целей научно-технического развития отрасли "Связь" и ее подотраслей для устранения имеющихся диспропорций.
Цель работы состоит в разработке и реализации комплексного подхода к решению проблемы миниатюризации СВЧ устройств и систем аппаратуры связи, системного подхода к определению основных тенденций развития современных систем радиосвязи, в развитии методов оценки восприимчивости аппаратуры систем связи к мощным электромагнитным помехам и методов оптимизации организационно- структурных схем систем управления научно-техническим прогрессом.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теоретической электродинамики, математической физики, теории вероятностей, теории систем и системного анализа.
Научная новизна работы состоит в получении следующих основных научных результатов:
- разработан приближенный метод нахождения функций Грина для прямоугольных волноводных конструкций с цилиндрическими неоднородностями; найдено приближенное
аналитическое выражение для сопротивления индуктивного стержня в волноводе;
найдено решение электродинамической задачи для распространения продольных компонент смешанной волны в безграничной радиально неоднородной диэлектрической среде; при определенных ограничениях на параметры среды получено замкнутое приближенное решение, а при снятых ограничениях предложен метод последовательных приближений;
разработаны методы решения электродинамических задач анализа сочленения Н-плоскостных заполненных волноводов, которые в отличие от методов вычетов, позволяют получить решения в замкнутом виде; частным случаем найденных решений является известный в литературе результат;
разработаны методы анализа резонансных структур с одинаковыми высотами регулярных и запредельных волноводов, структур на полностью заполненных диэлектриком запредельных волноводах, а также методы синтеза последних;
предложен новый комплексный подход, при помощи которого может быть произведен обоснованный выбор типа линии передачи в СВЧ устройствах, базирующийся на одновременно учитывающим общие потери и объем линии критерии габаритного индекса; теоретически обоснована предпочтительность использования заполненных волноводов для миниатюризации линий передач с повышенным уровнем мощности;
развиты методы оценки и проверки на восприимчивость аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам; обосновано распространение известного метода оценки восприимчивости AM- приемников к помехам на радиоприемные устройства систем связи с угловой модуляцией и определены погрешности измерений; предложена четырехэтапная процедура, реализующая новый системный подход к анализу причин возникновения неисправностей в аппаратуре радиосвязи в условиях действия комплекса электромагнитных помех;
- предложен метод оптимизации реконструкции или
создания организационно-структурных схем систем управления
на основе обобщающих известные новых моделей в форме
циклического "дерева программных целей" и "дерева целей матричного типа".
Личный вклад. Разработка системного подхода, основных теоретических и экспериментальных методов исследований выполнены автором лично, принципы построения устройств и систем связи разработаны совместно с отечественными специалистами. Внедрение результатов работы осуществлялось совместно с сотрудниками многих проектных институтов и предприятий при участии автора в разработке рекомендаций по их внедрению и в обосновании создания новых радиорелейных линий, зон и сетей.
Практическая ценность работы заключается в:
разработке методов анализа волноводных структур различных типов и получении ряда новых строгих и приближенных аналитических решений соответствующих задач электродинамики, представляющих самостоятельный интерес и существенно расширяющих возможности применения, дальнейшего исследования и синтеза подобных структур, используемых в практике построения устройств и систем СВЧ;
разработке и реализации комплексного подхода к решению проблемы миниатюризации устройств и систем связи диапазона СВЧ на основе развитой теории волноводных структур и устройств, заполненных диэлектриками, что позволило впервые в отечественной практике создать ряд перспективных приемопередающих СВЧ устройств для цифровых систем связи, отвечающих современным требованиям к миниатюризации и обладающих более высокими техническими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с аналогами;
реализации системного подход к анализу тенденций развития современных устройств и систем радиосвязи позволил сформулировать основные перспективные направления в теории и практике построения подобных систем;
развитии методов исследования в области оценок восприимчивости аппаратуры радиосвязи к электромагнитным помехам различного происхождения, проверки аппаратуры на параметры ЭМС и создании системного подхода для оценки влияния мощных электромагнитных полей на аппаратуру систем радиосвязи;
- разработке методики построения и расчета параметров "дерева целей матричного типа", которая может быть использована для оптимизации организационно-структурных схем систем управления практически в любых областях и , в частности, способствовать уточнению целей научно-технического развития отрасли "Связь" и ее подотраслей для устранения имеющихся диспропорций.
Реализация в народном хозяйстве. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с техническими аспектами проблематики устройств и систем связи, внедрены в аппаратуру систем связи, которая указана в разделе ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Метод "дерева целей матричного типа" используется при оптимизации распределения финансовых ресурсов из средств внебюджетного специального фонда НИОКР Минсвязи России для всего комплекса отраслевых НИОКР.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции по ЭМС (Эдинбург, Великобритания, 1992 г.), на Международных симпозиумах по ЭМС (Сендай, Япония, 1994 г.; Цюрих, Швейцария, 1993 и 1995 г.г.), на Международном симпозиуме по телевизионным системам (Монтр», Швейцария, 1991 и 1993 г.г.), а также на Всесоюзных научно-технических конференциях и внутривузовских научных конференциях МЭИС (1980 - 1984 г.г.).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены более, чем в 30 публикациях, в т.ч. в статьях в научных журналах, в сборниках и трудах Международных симпозиумов и конференций, научных отчетах и Авторских свидетельствах на изобретения. Основные публикации приведены в списке литературы.
Основные положения, выносимые на защиту.
Разработанные методы анализа заполненных диэлектриком волноводных структур и устройств позволяют на основе полученных строгих и приближенных аналитических решений и процедур исследовать протекающие в них электродинамические процессы и осуществлять синтез различных компонент СВЧ аппаратуры в виде заполненных волноводных конструкций;
- Линии передачи относительно мощных устройств и
систем СВЧ предпочтительнее выполнять на основе заполненных
диэлектриком волноводов, характеризуемых наименьшим
габаритным индексом в широкой полосе рабочих частот;
- Комплексный подход, основанный на применении
волноводных структур и устройств с диэлектрическим
заполнением, является эффективным средством
микроминиатюризации устройств и систем связи диапазона СВЧ;
применение подобных устройств в практике создания
соответствующей аппаратуры позволяет уменьшить ее
массогабаритные показатели в 2...4 раза;
Предложенные методы анализа и оценки восприимчивости аппаратуры радиосвязи к воздействию комплекса электромагнитных помех могут служить основой для разработки норм на параметры помехозащищенности, методов проверки восприимчивости аппаратуры к электромагнитным помехам и ее защиты;
- Предложенная концепция оптимизации организационно-
структурных схем систем управления научно-техническим
прогрессом на основе расчета параметров циклического "дерева
целей матричного типа" может быть использована для
оптимизации действующих и создания новых систем управления.
