История создания волноводных линий связи в СССР

В. М. Дмитраченко, Ю. М. Исаенко

Известно [1], что в круглых волноводах на симметричных магнитных волнах типа Н_0n (n = 1, 2, 3…) на внутренних стенках имеют место только кольцевые токи. Поэтому затухание этих типов волн обладает уникальным свойством — с ростом частоты при постоянном диаметре погонное затухание неограниченно падает, стремясь к нулю. В семействе Н_0n волна типа Н₀₁ имеет наименьшее затухание.

Представляет большой интерес использовать это свойство волны Н₀₁ в диапазоне миллиметровых волн. При этом можно обеспечить весьма низкие погонные потери при относительно небольшом диаметре волновода и большой полосе пропускания. Согласно расчетам погонное омическое затухание на частоте 37 ГГц, равное примерно 1 дБ/км на волне Н₀₁ теоретически можно достигнуть в медном волноводе с внутренним диаметром 2а = 60 мм .

Для сравнения отметим, что погонное затухание в широко используемых прямоугольных волноводах в штатном режиме одноволновости (одномодовости) на той же частоте (сечение 7,2 в 3,4 мм ) составляет примерно 500 дБ/км.

Разница в этих величинах затуханий столь велика, что желание реализовать круглые волноводы с малым затуханием и огромной полосой пропускания возникло у многих исследователей и разработчиков в разных странах. Это поставило на повестку дня создание протяженных волноводных линий связи. При использовании периодически включенных в линию регенерационных усилителей волноводные линии можно было бы прокладывать без ограничения длины. Широкие исследования по этой проблеме развернулись в 1940-1950-е годы в США, Великобритании, СССР, Франции, Японии, Германии [2].

В настоящей статье рассматриваются работы по этой тематике, проводившиеся в СССР. Основное внимание уделяется вопросу создания и испытания линейного волновода.

Начало исследований в СССР

В нашей стране работы по созданию волноводных линий связи на основе волны типа Н₀₁ в круглом волноводе начались в 1949 г. в Отделении технических наук (ОТН) АН СССР. Была образована группа под руководством к. т. н. Ю.И. Казначеева [3]. В 1953 г. эта группа, преобразованная в лабораторию, вошла в состав вновь организованного Института радиотехники и электроники (ИРЭ) АН СССР. Директором его был академик В.А. Котельников, который активно поддерживал эти работы, периодически знакомился с полученными результатами и давал очень полезные советы.

Хотя в комплекс волноводных линий связи входило много составных частей, безусловно, центральной из них являлся линейный волновод.

При приведённых выше значениях частоты и диаметра волновода число нежелательных (паразитных) типов волн, которые могут наряду с полезной волной Н₀₁ распространяться по волноводу, достигает примерно 150. А при дальнейшем увеличении частоты их количество быстро нарастает.

Отметим очень важное обстоятельство. При расчётах затухания волны Н₀₁ по умолчанию предполагалось, что распространение по волноводу полезной и всех паразитных волн происходит независимо друг от друга. Такой подход физически соответствует распространению различных волн по идеальному полубесконечному цилиндру с идеальной медной поверхностью. Все отличия от идеального случая могут быть относительно небольшими. Но для величины погонного затухания 1 дБ/км в миллиметровом диапазоне волн и небольшие отличия могут существенно увеличить затухание. Оно может вырастать как из-за возрастания омического (теплового) затухания в стенках волновода, так и из-за появления потерь волны Н₀₁ на преобразование в многоволновой системе в паразитные волны.

Техника, которую предстояло исследовать и разрабатывать, была во многих отношениях совершенно новой. Требовались специалисты в различных областях. Лаборатория довольно быстро росла и за счёт опытных научных сотрудников, и за счёт молодых специалистов. Последние приходили по распределению из московского и ленинградского университетов, из Московского физико-технического института, из Московского энергетического института и т. д. 

Из сотрудников, уже имевших значительный опыт успешной научной работы, следует упомянуть к. т. н. М.В. Персикова, к. т. н. Ю.Н. Прозоровского, д. ф. -м. н. Б.З. Каценеленбаума.

К молодым специалистам первой волны, которые очень хорошо проявили себя и в дальнейшем внесли достойный вклад в исследования, разработку и испытания линейного волновода, можно отнести (в порядке их прихода в коллектив) Н.П. Керженцеву, А.Б. Догадкина, В.В. Малина, Ю.Н. Казанцева, А.Н. Сивова, А.И. Козелева, В.В. Мериакри, Р.Б. Ваганова, Р.Ф. Матвеева, А.Д. Олейникова. К ним же относился и один из авторов этой статьи. Со временем перечисленные сотрудники заслуженно стали докторами и кандидатами физико-математических и технических наук.

В. М. Дмитраченко — главный конструктор системы

После ухода Ю.И. Казначеева заведующим лабораторией стал М.В. Персиков. В 1963 г. его сменил доцент В.М. Дмитраченко.

По результатам проведённой оценки внутренний диаметр волновода был принят равным 60 мм . Первые исследования образцов такого волновода показали, что наиболее серьёзные подводные камни всей проблемы обусловлены двумя обстоятельствами. Это возможность распространения в волноводе сотен различных паразитных волн, а также возможность их возбуждения на различных геометрических неоднородностях внутренней полости реального волновода. Сочетание данных обстоятельств может привести к значительным дополнительным потерям волны Н₀₁ на преобразование в паразитные волны. Кроме того, возможность обратного преобразования паразитных волн, распространяющихся со своими скоростями в волну Н₀₁ приводит к образованию так называемого попутного потока, который может искажать передаваемые сигналы.

Именно исследование различных паразитных волн и методов борьбы с ними потребовало длительного времени и значительных усилий.

Во главе теоретической части работы стоял крупный ученый-теоретик в области высокочастотной электродинамики Б.З. Каценеленбаум. Им в 1961 г. на основе предыдущих работ была написана монография [4], которая стала в СССР теоретическим фундаментом работ по созданию линейного волновода. Б.З. Каценеленбаум объединил вокруг себя молодых математиков и физиков, которые под его руководством активно решали многочисленные теоретические задачи распространения волны типа Н₀₁ по реальному волноводу.

О некоторых работах выполненных в ИРЭ

Остановимся на некоторых важных работах, выполненных упомянутыми выше сотрудниками лаборатории [5, 6]. [1]

В волноводе с идеально проводящими стенками может распространяться волна типа Е₁₁, являющаяся вырожденной по отношению к волне Н₀₁ Это означает, что фазовые постоянные и, соответственно, скорости распространения у них одинаковые. Поэтому при прохождении по изогнутому волноводу волна Н₀₁ может полностью преобразоваться в паразитную волну Е₁₁. В.В. Малиным были проведены исследования параметров волновода, на внутреннюю поверхность которого нанесена полупроводящая диэлектрическая пленка.

Пленка с реальными параметрами позволяет уменьшить потери Н₀₁ на преобразование в Е₁₁ до приемлемо малых величин. Одновременно такая пленка увеличивает погонные потери паразитной волны Н₁₂. Однако достигнутого затухания оказалось недостаточно. Необходимо было создать эффективный фильтр паразитных волн. В качестве такого фильтра можно использовать так называемый спиральный волновод. Внутреннее сечение его круглое, а поверхность образована вплотную намотанным эмалированным медным проводом. Поверх него находится полупроводящая диэлектрическая оболочка. Детальное теоретическое исследование такой структуры проводил А.Н. Сивов.

Разработанный теоретический аппарат позволяет рассчитать спиральный волновод с заданной конструкцией, т. е. произвести его анализ. Но определить максимально достижимые значения фильтрации для различных типов паразитных волн и частотной зависимости затухания с помощью разработанной методики крайне трудоемко.

Ю. М. Исаенко — зам. главного конструктора

В теоретических исследованиях, выполненных совместно Ю.М. Исаенко, В.В. Малиным, З.А. Малиной, была в общем виде решена задача о зависимости комплексных собственных значений наиболее важных паразитных волн от нормализованного поверхностного импеданса спирального волновода. В результате удалось определить максимально возможное погонное затухание различных паразитных волн, в том числе и одной из наиболее опасных — волны Н₁₂.

Исследованиями, связанными с плавным изменением направления оси волновода, занималась Н.П. Керженцева. Ею были проведены исследования изгибов волноводов без диэлектрической плёнки и с плёнкой, изгибов на спиральных волноводах, изгибов на гофрированных волноводах, изгибов с переменным радиусом по длине изгиба и т. д. 

Помимо плавных изгибов с большим радиусом (порядка 100 м.) большой практический интерес представляют квазиоптические изломы (уголки) волноводов с зеркалом, которые позволяют резко изменить направление оси волновода. Особенностью таких устройств является то, что чем больше отношение диаметра волновода к длине волны, тем меньше потери в уголке на преобразование в паразитные волны. В плавных же изгибах, чем больше указанное отношение, тем больше потери на преобразование. Основой для создания реальных уголков послужили работы Б.З. Каценеленбаума. Оба рассмотренных технических решений по изменению направления оси волновода не противоречат, а эффективно дополняют друг друга.

Одним из важнейших элементов линейного волновода, естественно, являются волноводные секции. Теоретическими исследованиями влияния различных распределенных геометрических неоднородностей внутренней полости волновода на преобразование волны Н₀₁ в различные паразитные волны занимался В.В. Малин. Выяснилось, что самые большие потери на преобразование связаны с возбуждением на мелкопериодных изгибах оси волновода волны типа Н₁₂. Эта волна является слабозатухающей, и фильтрация ее достаточна сложна. Другой, весьма неприятной паразитной волной является Н₀₂, которая возбуждается при пульсации диаметра волновода. Эта волна также слабо затухает. Кроме того, отсутствуют эффективные устройства, которые могут подавить Н₀₂, не внося при этом заметного затухания на волне Н₀₁.

Рождение лаборатории. Первый ряд слева направо: М.В. Персиков; аспирант из КНР; Б.З. Каценеленбаум; Н.П. Керженцева; Ю.И. Казначеев. Второй ряд: Ю.М. Исаенко; А.Б. Догадкин; Ю.Н. Казанцев (второй справа)

Длины волноводных секций (цельнометаллических и спиральных) лежат в пределах 2,5-5 м. Поэтому на один километр линии приходится 200-400 стыковых соединений. При стыковании реальных волноводов неизбежно возникают малые ступеньки и малые изломы оси волновода. Поэтому в месте стыка волна Н₀₁ частично преобразуется в различные паразитные волны и частично отражается. Руководителем комплекса работ по созданию стыковых соединений был назначен Ю.М. Исаенко.

Для работы с волной типа Н₀₁ требуются специальные преобразователи волны Н₁₀ стандартного прямоугольного волновода в волну Н₀₁ круглого волновода. Экспериментальными исследованиями таких преобразователей занимался М.В. Персиков, а продолжением и развитием их — Ю.М. Исаенко. Последний разработал и методы расчёта их основных параметров.

Весьма важно было разработать методы и специальную высокочувствительную аппаратуру для контроля основных электрических параметров волноводов на волне Н₀₁.

Метод контроля малых омических потерь волны Н₀₁ в отдельных волноводных секциях предложил и детально разработал Ю.Н. Казанцев. Он основывался на резонансном принципе измерения потерь. Но, в отличие от обычного, базировался на определении глубины резонансного провала в измерительном частотно-модулированном импульсе при калиброванном коэффициенте передачи диафрагмы, через которую возбуждался измеряемый резонатор. Этот метод контроля оказал существенную помощь при разработке технологии получения токопроводящего покрытия на волноводных секциях.

Измерение потерь волны Н₀₁ на преобразование в паразитные волны в отдельно взятых волноводных секциях через определение уровня соответствующей паразитной волны также базируется на резонансном методе. Обоснованием и разработкой такого метода занимались Р.Б. Ваганов и В.В. Мериакри. В отличие от предыдущего в основу его был положен резонанс на паразитной волне. Поскольку фазовые постоянные различных паразитных волн отличаются друг от друга, то резонанс, как правило, происходит только на одном типе волны. Были разработаны методы идентификации различных резонирующих паразитных волн.

Наиболее подходящим для измерения суммарных погонных потерь волны Н₀₁ в линиях длиной примерно от сотни метров до нескольких километров является метод ряда импульсов. Суть его состоит в том, что в линию через поперечную диафрагму вводится импульс электромагнитной энергии на волне Н₀₁ достаточно большой мощности и короткой длительности. При этом обеспечивается многократный пробег импульса между диафрагмой и поршнем на конце линии. Поскольку импульс короткий и занимает только часть линии, обеспечивается отсутствие резонансных явлений. Разработку измерительной аппаратуры для указанного метода проводили Ю.Н. Прозоровский и А.И. Козелев.

Волноводная линия представляет собой канал со случайными неоднородностями, которые возбуждают различные паразитные волны. Наличие паразитных волн, как слабо затухающих, так и относительно сильно затухающих, которые возбуждаются с различной интенсивностью, является принципиальной особенностью круглого волновода с малыми потерями на волне Н₀₁.

В связи с этим очень важно уметь по результатам контроля массива отдельно взятых секций (или коротких трактов из этих секций) спрогнозировать с определенной степенью вероятности параметры длинной линии, составленной из секций, имеющих те же статистические характеристики основных параметров. Математический метод такой оценки детально и достаточно строго разработал Р.Ф. Матвеев.

В. М. Дмитраченко помимо руководства работами в лаборатории, привлечения организаций-соисполнителей и постановки у них соответствующих задач, принимал непосредственное участие в разработке цельнометаллических волноводных секций (ЦВС) и, в частности, в исследовании вопросов образования на их внутренней поверхности гальваническим методом токопроводящего слоя. Занимался он также разработкой важных вопросов прокладки линейного волновода в земле.

Рассмотренные выше и многие другие научно-исследовательские работы явились фундаментом для проведения различных конструкторских и технологических разработок.

Далее мы рассмотрим вопросы создания основных элементов линейного волновода. Но прежде чем перейти к этому вопросу, немного забежим вперед.

ЦНИИС — новый головной институт

Теоретические и экспериментальные исследования и некоторые конструкторско-технологические работы успешно продвигали решение всей проблемы. К 1965 г. были получены весьма ощутимые положительные результаты. В связи с этим и для расширения фронта работ Академия наук СССР и Министерство связи СССР договорились, что данная проблема будет с 1965 г. передана из ИРЭ в Центральный научно-исследовательский институт связи (ЦНИИС) Минсвязи СССР, который станет головным по проблеме. Директором ЦНИИС в это время был С.А. Аджемов. Для обеспечения преемственности в работе в ЦНИИС перешла группа сотрудников, занимавшихся этой темой. В.М. Дмитраченко был назначен главным конструктором, Ю.М. Исаенко — зам. главного конструктора в части линейного волновода. Перешли в ЦНИИС также В.В. Малин, Н.П. Керженцева, А.Б. Догадкин, А.И. Козелев, А.Д. Олейников, П.И. Чиликин и др. К работе были привлечены новые сотрудники. Среди них следует отметить Л.С. Сурикова, А.А. Горбаткова, А.П. Коконина, М.М. Попову, Б.П. Найда, А.П. Макарова, О.Ф. Лошкареву, З.И. Эскину, Е.М. Касьянову, М.М. Казакову, Е.Г. Федосееву, Г.Е. Новгородскую, Н.Н. Никольского.

Такая реорганизация позволила успешно продолжить и расширить работы, начатые в ИРЭ, и решать новые задачи, необходимость которых выявилась со временем.

Работа со сторонними организациями

Чтобы определиться в выборе организаций-соисполнителей для создания цельнометаллических волноводных секций (ЦВС), кратко остановимся на её конструкции. Так как в перспективе нужно было сделать большое количество таких волноводов, использовать для них довольно дефицитную медь не представлялось возможным. Кроме того, медь обладает не слишком большой прочностью. Поэтому в качестве несущей трубы для волновода было решено использовать дешевую поделочную сталь 20А. В рабочем диапазоне миллиметровых волн толщина скин-слоя не превышает 0,35 мкм. Поэтому тонкий токопроводящий медный слой решили наносить на внутреннюю поверхность стальной трубы гальваническим методом. Стальная труба электрически приобретала свойства медной. Поверх медного слоя следовало нанести слой диэлектрика. При выбранном материале, с точки зрения электрических требований, его толщина должна была быть примерно 90 мкм, длина ЦВС 5 м., внутренний диаметр 60? 0,05 мм., а наружный диаметр — 66 мм. 

Разработка технологии, изготовление опытных партий и последующее серийное производство ЦВС потребовало участия специализированных предприятий металлургической промышленности. В качестве таких организаций были привлечены Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности (ВНИТИ) Минчермета СССР (Днепропетровск) и Южнотрубный завод (ЮТЗ) Минчермета УССР (Никополь). На долгое время эти организации стали одними из самых важных наших партнеров. Координирующим руководителем работ во ВНИТИ был М.Б. Рогов, а ответственными исполнителями за отдельные технологические и конструкторские направления — В.О. Кисилевич, А.П. Колодяжный, Г.А. Сизоненко.

Больших усилий потребовало создание и внедрение комплекса высокоточной измерительной техники для контроля всех геометрических параметров внутренней полости ЦВС на полной её длине. Таких приборов завод не имел. Этот комплекс включал и уже разработанные приборы, и целый ряд специализированных новых, которые разрабатывались ЦНИИС совместно с СКБ ИРЭ.

Изгибы оси секции определялись путем измерения наклона оси через каждые 50 мм длины ЦВС. Эти массивы данных в соответствии с разработанной в ЦНИИС программой обрабатывались на ЮТЗ на ЭВМ и позволяли оценить величины потерь волны Н₀₁ в наиболее опасные паразитные волны типа Н_1n. Аналогичным образом массивы данных по измерению внутреннего диаметра после соответствующей математической обработки давали оценку потерь волны Н₀₁ на преобразование в опасную волну Н₀₂. Такие детальные и поэтому трудоёмкие измерения, в отличие от контроля других параметров, проводились в выборочном порядке.

Требования, предъявляемые к ЦВС, согласно данным ВНИТИ, были в 8-10 раз более жёсткими, чем требования к прецизионным трубам, выпускаемым на ЮТЗ. Нужно было определённое время и выпуск ряда опытных партий с длиной каждой 100- 300 м., прежде чем удалось выйти на технологию, удовлетворяющую предъявляемым требованиям.

Приведем для характеристики достигнутых результатов значения двух геометрических параметров ЦВС. Измерения массива труб (по 100 точек в каждой трубе) показали среднеквадратичное отклонение диаметра от его среднего значения ≈ 0,01 мм и среднеквадратичную эллиптичность ≈ 0,03 мм .

Сложной задачей оказалось создание токопроводящего медного слоя на длинных с относительно малым диаметром волноводных трубах. Работа эта выполнялась совместно сотрудниками Института физической химии (ИФХ) АН СССР, ЦНИИС, ВНИТИ и ЮТЗ. Хочется отметить Ю.М. Полукарова (ИФХ) и Т.М. Екименко (ЦНИИС).

Многочисленные работы по получению и исследованию физико-химических свойств гальванопокрытий ранее, в основном, были связаны с декоративными целями и решением проблемы защиты металлов от коррозии.

В данной же задаче, в первую очередь, речь шла о минимальных тепловых (омических) потерях волны Н₀₁ в диапазоне СВЧ. С этой целью проводились исследования кристаллической шероховатости поверхности гальваноосадков, работы по определению электросопротивления гальваноосадков на постоянном токе, а также работы по определению состояния их кристаллической решетки. В конечном счёте устанавливалась зависимость потерь волны Н₀₁ от условий и параметров электроосаждения. Была выбрана оптимальная и вместе с тем приемлемая для условий ЮТЗ технология образования токопроводящего слоя. Под выбранную технологию было разработано и изготовлено специализированное оборудование. Толщина медного слоя составляла примерно 25 мкм.

Длительное время нашим верным и высококвалифицированным помощником было Специальное конструкторское бюро (СКБ) ИРЭ. Руководителем работ в нем первое время был В.М. Дмитраченко, а после его перехода в лабораторию — Е.М. Базарный. Активное участие в наших работах принимали В.Н. Исаков, Л.А. Липовская.

В СКБ по заданиям лаборатории конструировались и изготавливались различные волноводные элементы, разрабатывались конструкции стыковых соединений и технологии их монтажа на волноводных секциях, измерительные устройства и приспособления.

Весьма важной частью линейного волновода являлись упомянутые выше спиральные волноводы — фильтры волн типа Н₁₂ и других с аналогичной угловой зависимостью. Работы по их созданию на разных этапах выполнялись ИРЭ, ЦНИИС, Всесоюзным научно-исследовательским институтом кабельной промышленности (ВНИИКП) Минэлектротехпрома СССР и его опытным заводом (ОЗ ВНИИКП, Подольск). Активное участие в разработке конструкции спиральных волноводов и технологии их изготовления со стороны ВНИИКП принимали в разное время Э.Ф. Укстин, В.А. Худякова, В.А. Арон.

Секции фильтров СВСТФ имели длину 2,5 м, их внутренний диаметр составлял 60° 0,05 мм. Спираль выполнялась вплотную намотанным эмалированным медным проводом ø 0,2 мм. Поверх него накладывалась диэлектрическая оболочка с поглощающими свойствами. Несущей конструкцией являлась стальная труба. Промежуток между внутренней поверхностью трубы и диэлектрической оболочкой заполнялся под давлением эпоксидным компаундом. Для обеспечения требуемой точности внутренней полости намотка спирали и последующие операции выполнялись на высокоточной длинной оправке, которая на определенном этапе извлекалась из волновода.

Ещё одним весьма важным вопросом является прокладка линейного волновода. Это связано с тем, что осуществить идеально прямолинейную прокладку невозможно, а изгибы линии приводят к дополнительным потерям волны Н₀₁ на преобразование в паразитные волны. Методы прокладки должны обеспечивать допустимые потери на преобразование. Кроме того, способ прокладки должен удовлетворять ряду других технических требований: возможности эффективной защиты от коррозии, от влияния линий электропередач, от ударов молнии и т. д. 

Предварительный, но достаточно глубокий теоретический анализ различных вариантов прокладки был выполнен силами кафедры динамики и прочности машин Московского энергетического института (МЭИ) Министерства высшего и среднего специального образования СССР и ЦНИИС. Активное участие в этой работе со стороны МЭИ принимали член-корр. АН СССР В.В. Болотин, В.Л. Благонадежин, Ю.Н. Новичков, А.В. Петровский, А.Я. Каган.

Были рассмотрены различные варианты: прокладка волновода непосредственно в грунт, прокладка в железобетонных коробах с грунтовой подсыпкой, прокладка в защитной металлической трубе и др. Изучен, в частности, достаточно перспективный вариант, в котором на волновод периодически или апериодически устанавливаются опоры на роликах. Это позволяет, постепенно наращивая длину плети волноводов, затягивать ее в защитную трубу. Длина такой плети может доходить до 1 км. 

Опытная 14- километровая волноводная линия связи

Для проведения широкого комплекса испытаний разработанных элементов и линейного волновода в целом, а также для отработки методов монтажа и прокладки волноводов в период 1969-1973 гг. была спроектирована, построена и испытана первая опытная волноводная линия связи (ОВЛС) длиной около 14 км [7].

Проектные работы по техническому заданию ЦНИИС выполнил “Гипросвязь”, монтаж линии осуществлял трест “Мостелефонстрой” при активном участии ЦНИИС.

ОВЛС была построена между двумя типовыми АТС Московской городской телефонной сети. Примерно посередине линии был построен ретрансляционный пункт (УП). Он расширял возможности экспериментальных исследований на линии.

В связи с частичной прокладкой в условиях города с большим количеством подземных коммуникаций линия имела сложную трассу со множеством поворотов, в том числе резких.

Так, на одном из двух усилительных участков длиной 7,3 км пришлось 14 раз резко поворачивать линию на 90° с помощью уголков. Кроме того, на этом же участке потребовалось создать шесть плавных изгибов на различные углы с радиусом изгиба R ≈ 70 — 200 м как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Линия монтировалась из 70-метровых плетей, в состав которых входили 60 м ЦВС и 10 м СВСТФ. В основном, использовались ЦВС длиной по 5 м и СВСТФ длиной по 2,5 м. Волноводы всех типов для защиты от коррозии были снаружи покрыты шлангом из светостабилизированного полиэтилена.

С целью выбора оптимального варианта линия прокладывалась различными способами. Применялась (на небольшой длине) прокладка непосредственно в грунт, в железобетонные короба длиной 1 м, 3 м и 5 м, в защитных металлических трубах 0230 мм. 

Практика показала, что наилучшей является прокладка в стальную трубу. При этом не только обеспечивается защита волновода от внешних воздействий, но несколько повышаются его электрические параметры. Последнее объясняется большей плавностью изгиба волновода, помещенного в значительно более жесткую внешнюю оболочку. Были приняты меры по защите волновода от внешних воздействий (коррозии, ударов молнии, влияния ЛЭП).

Большое внимание было уделено вопросу поддержания внутренней полости волновода под избыточным давлением сухого воздуха (~0,7 ати). Разработанные конструкции стыковых соединений и методы их монтажа обеспечили достаточно высокую герметичность линейного волновода. Падение давления на длине усилительного участка, пролежавшего под землей свыше 5 лет, не превышало примерно 0,01 ати за 10 суток.

Для определения уровня отражения волны Н₀₁ от различных неодно-родностей и местоположения этих неоднородностей был создан прибор, действующий по принципу радиолокатора. Зондирующий импульс длительностью 3-50 не на рабочей частоте волновода отражается от неоднородности и поступает на вход приемника. Чувствительность по измерению отражений: -100 дБ, разрешающая способность по расстоянию менее 1 м.

Прямолинейный участок ОВЛС. Волновод уложен в железобетонные короба на песчаное основание

Средние по диапазону частот 35,25-39,75 ГГц погонные потери на упомянутом выше участке составили 3,5 дБ/км. Без учета потерь в уголках, потребность в которых, в основном, была связана с прокладкой в городских условиях, средние погонные потери составили примерно 2,7 дБ/км. На части этого усилительного участка, где была использована прокладка в стальной трубе и другие усовершенствования, погонные потери (без учёта уголков) составляли 2,2 дБ/км. Контроль величины отражений волны Н₀₁ от стыков волноводных секций, осуществлявшийся в течение длительного времени, показал, что состояние стыков вдоль линии достаточно однородно. Среднее значение отражения лежит в районе — 80 дБ. 

Всесторонние испытания линейного волновода в процессе строительства и опытной эксплуатации показали, что он удовлетворяет всем основным техническим требованиям.

На оконечных и промежуточном пунктах была установлена специально разработанная аппаратура ретрансляционных станций [8] для диапазона (35-40) ГГц. Она образовывала три дуплексных радиоствола с полосой каждого 300 МГц со скоростью передачи 114 Мбит/с. Эта аппаратура, включая все необходимые электронные и полупроводниковые устройства, была создана в отечественных НИИ и КБ. 

Первый радиоствол был использован с целью передачи телефонных сигналов для связи двух АТС. Оконечное оборудование этого ствола было построено по принципу временного объединения типового оборудования ИКМ-30. При этом предельная емкость ствола составляла 1440 ТФ-каналов. Разборчивость речи была очень хорошей, трески и шумы отсутствовали.

Изогнутый участок ОВЛС. Идет оперативное совещание

По второму стволу проводились экспериментальные передачи телевизионного сигнала методом ИКМ. Испытания линейного тракта ОВЛС, включающего линейный волновод и ретрансляционные станции, показали возможность надёжной передачи сигналов ИКМ с вероятностью ложных срабатываний не хуже 10~ 8 .

включающего линейный волновод и ретрансляционные станции, показали возможность надёжной передачи сигналов ИКМ с вероятностью ложных срабатываний не хуже 10~ 8 .

Третий радиоствол использовался для исследования прохождения частотномодулированных сигналов по волноводу. Передавались методом ЧМ телевизионный сигнал и многоканальный телефонный сигнал на 600 ТФ-каналов. Установлено, что неоднородности линейного волновода вносят значительные искажения в ЧМ-сигнал. Поэтому волноводные линии с ЧМ можно использовать только на относительно коротких расстояниях.

Следует отметить, что в начале 70-х годов наметились большие перспективы создания волоконно-оптических линий связи с более высокими технико-экономическими параметрами, чем достигнутые к этому времени на опытных волноводных линиях в США, СССР, Англии, Франции, ФРГ и Японии.

К тому же тщательный технико-экономический анализ показал, что волноводные линии связи при их потенциальной емкости 200-300 тыс. эквивалентных ТФ-каналов или скорости передачи 15-20 Гбит/с экономически эффективны при ёмкости не менее примерно 100 тыс. каналов. Этот вывод был подтвержден большинством исследователей и администрациями связи разных стран, собравшихся в сентябре 1970 г. в Лондоне на международную специализированную конференцию “Волноводные линии связи”. Решено было на этом этапе ограничиться завершением испытаний волноводных линий длиной 5- 14 км и применить полученные результаты для других систем миллиметрового диапазона волн, а цифровые методы передачи широкополосной информации использовать в кабельных, радиорелейных, оптоволоконных и спутниковых системах связи [8]. Сейчас совершенно очевидно, что этот коллегиальный прогноз научно-технической общественности полностью себя оправдал.

Поворот линии на 60° с помощью уголка

С исторической точки зрения интересно отметить, что разработанные в СССР для волноводных линий связи высокоточные волноводы после некоторой модификации под наименованием “Биметаллические волноводы диаметром 70 мм” (БМВ-70) удалось использовать для повышения параметров антенно-волноводных трактов длиной до 100 м , работающих на волне типа Н 11 в многоканальных радиорелейных линиях связи сантиметрового диапазона волн. На предложенное техническое решение было выдано авторское свидетельство СССР от 18.04.75. Экономический эффект от этого за три года покрыл все затраты на разработку волноводной линии связи протяженностью 14 км. 

Следует отметить также, что огромный теоретический, экспериментальный, конструкторско-технологический и организационный опыт, полученный в ходе исследований, разработки и освоения промышленного производства высококачественных волноводов, был использован в дальнейшем при создании длинномерных полугибких алюминиевых прямоугольных волноводов типа ПГ, а затем и следующего поколения волноводов типа СГ. Указанные волноводы были внедрены на сети Минсвязи РФ. 

Но это уже совсем другая история.

Примечание

1. В данных книгах приведены перечни опубликованных работ по этой тематике, в том числе около 80 отечественных, и сжато изложено их содержание.

Литература

1. Введенский Б.А., Аренберг  А.Г. Радио волноводы. -М.: Гостехиздат, 1946.
2. Волноводные линии передачи с малыми потерями. Перевод с английского под редакцией В. Б. Штейншлейгера. -М.: Иностранная литература, 1960.
3. Казначеев Ю.И. Широкополосная дальняя связь по волноводам. -М.: Изд-во АН СССР, 1959.
4. Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. -М.: Изд- во АН СССР, 1961.
5. Гроднев И.И., Дмитраченко  В.М., Исаенко  Ю.М., Козелев  А.И., Малин  В.В. Волноводы дальней связи. Под редакцией Керженцевой  Н. П. -М.: Связь, 1972.
6. Ваганов Р.Б., Матвеев  Р.Ф., Мериакри  В.В. Многоволновые волноводы со случайными неоднородностями. Под редакцией Б.З. Каценеленбаума. -М.: Советское радио, 1972.
7. Дмитраченко В.М., Исаенко  Ю.М., Козляев  И.П., Поляк  М.У. Основы проектирования и строительства опытной 14-километровой волноводной линии связи. Труды Конференции по волноводам дальней связи. -Лондон, 29 сентября — 2 октября 1970.
8. Дмитраченко В.М. Волноводная связь. В сб. “80 лет радио”. -М.: Радио и связь, 1975.

Статья опубликована в журнале “Электросвязь: история и современность”№ 3 2007 г.
Перепечатывается с разрешения редакции.

Статья помещена в музей 27.05.2008 года