автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Исследование и оптимизация варакторно перестраиваемых резонаторов и фильтров с фиксированной полосой пропускания

Введение.

Глава 1. Принципы построения электрически перестраиваемых резонаторов и фильтров СВЧ диапазона.

1.1. Основные требования к перестраиваемым резонаторам и фильтрам СВЧ диапазона.

1.2. Способы электрической перестройки центральной частоты резонаторов и фильтров СВЧ диапазона.

1.3. Резонансные устройства СВЧ диапазона с варактором в качестве элемента перестройки.

1.3.1. Перестраиваемые резонаторы в схемах СВЧ фильтров.

1.3.2. Перестраиваемые резонаторы в схемах генераторов, управляемых напряжением.

1.4. Выводы по первой главе.3\

Глава 2. Анализ перестраиваемых резонаторов на основе регулярных

2.1. Краткая характеристика и некоторые особенности варактор-ных диодов в диапазоне СВЧ.

2.2. Аналитическая модель регулярного МГШ резонатора, перестраиваемого варактором.

2.3. Анализ условий резонанса симметричного ОМПЛ резонатора, перестраиваемого варактором.

2.4. Сравнение различных конфигураций перестраиваемых ОМПЛ резонаторов.

2.5. Аналитическая модель симметричного ОМПЛ резонатора, перестраиваемого двумя варакторами.

2.6. Анализ условий резонанса симметричного перестраиваемого Д-ОМПЛ резонатора.

2.7. Влияние разброса параметров варакторов на характеристику коэффициента передачи в Д-ОМПЛ резонаторе.

2.8. Выводы по второй главе.

Глава 3. Анализ перестраиваемых резонаторов на основе нерегулярных

3.1. Аналитическая модель ступенчатого МГШ резонатора, перестраиваемого варактором в центре.

3.2. Анализ условий резонанса С-МПЛ резонатора, перестраиваемого варактором.

3.3. Аналитическая модель ступенчатого МПЛ резонатора, перестраиваемого двумя варакторами.

3.4. Анализ условий резонанса симметричного перестраиваемо го СД-МПЛ резонатора.

3.5. Влияние разброса параметров варакторов на коэффициент передачи в СД-МПЛ резонаторе.

3.6. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Перестраиваемые резонаторы и фильтры с постоянной абсолютной полосой пропускания.

4.1. Перестраиваемый фильтр второго порядка с постоянной абсолютной полосой пропускания.

4.1.1. Выбор базовой конфигурации резонатора.

4.1.2. Стабилизация абсолютной полосы пропускания.

4.1.3. Перестраиваемый фильтр второго порядка с постоянной абсолютной полосой пропускания.

4.1.4. Влияние разброса параметров варакторов на характеристику коэффициента передачи в двухрезонаторном ВПФ на базе С-МПЛ резонаторов.

4.2. Активный четырёхрезонаторный ВПФ с постоянной абсолютной полосой пропускания.

4.2.1. Требования к коэффициенту усиления активного элемента в диапазоне перестройки фильтра.

4.2.2. Проектирование корректирующей цепи между пассивной частью перестраиваемого фильтра и усилительным элементом.

4.2.3. Проектирование цепей питания активного перестраиваемого фильтра.

4.2.4. Активный перестраиваемый фильтр 4-го порядка с элементами стабилизации ширины полосы пропускания при перестройке.

4.3. Выводы по четвёртой главе.

Глава 5. Результаты экспериментальной проверки перестраиваемых резонаторов и фильтров.

5.1. Перестраиваемые МГШ резонаторы.

5.1.1. С-МПЛ резонатор с элементом связи L-типа.

5.1.2. СД-МПЛ резонатор.

5.2. Двух резонаторный пассивный ВПФ на базе С-МПЛ резонаторов с одним варактором в центре.

5.3. Активный четырех резонаторный ВПФ с постоянной абсолютной полосой пропускания.

5.4. Особенности работы варакторно перестраиваемых фильтров на повышенном уровне мощности.

5.5. Влияние температуры на характеристики активного варакторно перестраиваемого четырёх резонаторного фильтра.

Частотно-избирательные устройства играют значительную роль в современной аппаратуре связи. Непрерывное увеличение мощности радиопередающей аппаратуры, уровней побочных и внеполосных излучений, повышение чувствительности радиоприёмных устройств, и, следовательно, каналов побочного приёма, служат причиной постоянного ужесточения требований, предъявляемых к электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронной аппаратуры. При этом особое внимание уделяется вопросам контроля полосы излучаемого и принимаемого сигнала, а также вопросам увеличения количества и улучшения качественных параметров обрабатываемой информации.

В условиях крайнего дефицита частотных ресурсов различные виды радиосвязи, такие как спутниковая, сотовая, транкинговая, радиорелейная, создают крайне сложную электромагнитную обстановку (ЭМО) при совместной работе. Поэтому вопросы ЭМС встают особенно остро и в значительной мере разрешаются качественным выполнением различного рода фильтрующих устройств (ФУ) как входных и выходных антенных фильтров, так и фильтров в тракте приёма/передачи. Особую актуальность эти проблемы приобретают в СВЧ диапазоне. В последние два-три десятилетия предложено огромное количество конструкций Фу СВЧ [1], [6], [25]-[27], [28]-[40], [42]-[52], [54]-[62], [64]-[66], тем не менее, в настоящее время идёт интенсивный поиск новых типов фильтров, удовлетворяющих всё возрастающим техническим, массагабаритным и экономическим требованиям. Эта тенденция отражает две фундаментальные особенности, связанные с конструкцией и характеристиками фильтров, независимо от частотного диапазона их применения:

1. огромное разнообразие электрических, механических и климатических требований к фильтрам (вносимые потери, избирательность, паразитные полосы пропускания, форма амплитудно-частотных и фазовых характеристик (АЧХ и ФЧХ), предельно допустимая мощность, габариты, стабильности характеристик при изменении внешних механических и климатических условий и т.д.) является причиной соответственного разнообразия конструкций фильтров и использования различных физических явлений для достижения необходимых требований;

2. объективные трудности создания универсальных фильтров, обеспечивающих решение всех проблем в комплексе, что связано с объективными физическими ограничениями, лежащими в природе физических явлений, которые неподвластны разработчикам фильтров.

Последние два десятилетия интенсивно развиваются многоканальные мобильные и спутниковые средства связи. Особенностью данных систем является наличие нескольких рабочих каналов приёма и передачи. Их мультиплексирование осуществляется с помощью фиксированных канальных полосно-пропуекающих фильтров. В качестве более экономичного и компактного решения было бы целесообразно применение перестраиваемых фильтров, что позволило бы реализовать адаптивные к частотному диапазону системы связи. В настоящее время разработчикам доступен широкий набор перестраиваемых СВЧ фильтров, отличающихся топом управляющего элемента: сегнетоэлектрик, феррит, варакторный или p-i-n диод. Хорошо известно, что миниатюрные, простые в изготовлении и относительно дешёвые фильтрующие устройства СВЧ могут бьггь успешно реализованы с помощью планарных структур на микрополосковых или связанных микрополосковых линиях. Однако их существенным недостатком является низкая добротность в СВЧ диапазоне. Введение управляемого элемента так же приводит к уменьшению добротности перестраиваемых резонаторов, что ограничивает область применения перестраиваемых фильтров на их основе и ухудшает электрические характеристики.

Несмотря на обилие различных конструкций перестраиваемых СВЧ резонаторов и фильтров до сих пор остаются нерешёнными и до конца не исследованными ряд важных для практики проблем:

1. Как влияет топология резонатора (фильтра) на предельно реализуемый диапазон перестройки по частоте при выбранном типе управляющего элемента?

2. Как влияют элементы связи резонаторов с линией передачи и между собой на стабильность АЧХ при перестройке фильтра по частоте и каков доступный в этом смысле «физический ресурс» выбранной структуры?

3. Как влияет процесс частотной перестройки на перераспределение резонансных мод, их взаимное частотное расположение и взаимодействие друг с другом?

4. Каким образом можно компенсировать увеличение вносимого затухания при введении в резонансную структуру управляемого элемента без ухудшения других важных параметров перестраиваемых фильтров?

5. Каково поведение перестраиваемых фильтров при увеличении мощности входного сигнала с целью выявления эффекта «нелинейного насыщения» обусловленного наличием управляющих элементов?

6. Насколько сильно оказывает влияние изменение температуры на главные характеристики перестраиваемых фильтров?

7. Каковы конструктивные особенности перестраиваемых фильтров с целью их изготовления на основе современных планарных и интегральных технологий?

При проектировании перестраиваемых фильтров возникает и ряд специфических задач, которые не рассматриваются в классической теории пассивных СВЧ фильтров. Особо следует выделить следующие из них: a) Нахождение оптимальной конфигурации фильтра, удовлетворяющей сразу нескольким критериям, таким как: максимум коэффициента перекрытия по частоте, подавление высших мод, стабилизация абсолютной полосы пропускания при перестройке; b) Минимизация числа активных и нелинейных элементов, а также простота схемной реализации фильтра; c) Равномерная компенсация потерь во всём диапазоне перестройки фильтра.

Необходимость решения указанных выше задач определила следующие основные цели диссертации:

1. Анализ предельно допустимых диапазонных свойств различных конфигураций МПП резонаторов с варактором(-ами) с точки зрения максимума перестройки при фиксированном коэффициенте перекрытия по ёмкости варактора.

2. Исследование различных конфигураций МПП резонаторов с варактором(-ами) с точки зрения максимального разнесения рабочей и ближайшей высшей моды.

3. Решение проблемы стабилизации абсолютной полосы пропускания резонатора при перестройки по частоте и поиск оптимальных конфигураций элементов связи, обеспечивающих эту стабилизацию.

4. Решение проблемы минимизации вносимых потерь при частотной перестройке фильтра.

5. Оценка предельно допустимых характеристик перестраиваемых резонаторов и фильтров выбранного класса, как по диапазону перестройки, так и по устойчивости к работе при повышенном уровне СВЧ мощности.

6. Экспериментальная проверка основных теоретических положений работы и выработка рекомендаций по практической реализации перестраиваемых фильтров с фиксированной полосой пропускания.

Диссертационная работа состоит из пяти глав. В Главе 1 сформулированы основные требования, которым должны удовлетворять перестраиваемые фильтры, а также особенности их схемотехнических решений. Проведён обзор и сравнительный анализ известных конструкций перестраиваемых фильтров за последние 20 лет. Дано обоснование выбора базовых резонансных элементов перестраиваемых фильтров с варактором в качестве элемента перестройки.

В Главе 2 проведён сравнительный анализ резонаторов, перестраиваемых варак-тором(-ами) на базе МПЛ. В результате исследования получены общие условия резонанса в виде полинома 4-ой степени, используя которые можно оценить диапазонные свойства различных конфигураций перестраиваемых МГШ резонаторов с последовательным и параллельным включением варактора(-ов). Рассмотрены варианты, когда элементы связи исследуемых резонаторов имеют емкостной или индуктивный характер. Исследованы резонансные условия при различном месте включения варактора внутри резонатора, с целью более эффективного подавления высших мод или их смещения по частоте. Для конфигураций резонаторов с двумя варакторами получены сравнительные оценки разброса параметров. С целью уменьшения эффектов разрушения АЧХ в процессе перестройки фильтра предложены меры для стабилизации ширины полосы пропускания резонатора при перестройке по частоте.

В Главе 3 проведён сравнительный анализ резонаторов, перестраиваемых ва-рактором(-ами) на базе ступенчатых МГШ. Для конфигураций резонаторов со ступенчатой структурой получены общие условия резонанса в виде полинома 4-ой степени, используя которые можно оценить диапазонные свойства перестраиваемых МГШ резонаторов с последовательным и параллельным включением варактора(-ов). Анализ полученных условий резонанса, при различном месте включения варактора внутри резонатора и дискретном изменении импеданса отрезков линий, позволил найти оптимальную, с точки зрения подавления высших мод и их разноса, конфигурацию для рассматриваемого класса резонаторов. Для конфигураций резонаторов с двумя варакторами получены сравнительные оценки допустимого разброса параметров варакторов.

В Главе 4 на основании теоретического материала первых трёх глав излагается концепция проектирования перестраиваемых фильтров с фиксированной абсолютной полосой пропускания при перестройке. Проведён анализ L, Т и П-корректирующих схем, в результате которого найдена конфигурация элемента связи, позволяющая добиться существенной стабилизации ширины полосы пропуска

Г * 1 ния при частотной перестройке резонатора. Для данного класса фильтров вводятся дополнительные критерии и ограничения на активный элемент, необходимый для компенсации вносимых потерь в полосе пропускания. Приводятся результаты моделирования 4-резонаторного активного перестраиваемого фильтра СВЧ с фиксированной полосой пропускания, а также цепей питания активного элемента и варакторов для этого фильтра.

В Главе 5 приведены результаты экспериментальной проверки основных теоретических положений диссертационной работы, как на низком, так и на повышенном уровне СВЧ сигнала. Там, где это возможно, даны сравнения результатов моделирования с экспериментом. Экспериментально исследовано влияние изменения температуры на основные характеристики фильтра. В заключении приводятся практические рекомендации для проектирования варакторно перестраиваемого фильтра.

Основные результаты проведённого исследования прошли апробацию в виде публикаций в отечественной и зарубежной печати, докладах на международных и Российских конференциях. Большая часть результатов работы над диссертацией вошла в отчёты по НИР в рамках темы «Аспект-Сибирь» (СибГуТИ, 1999 год) и ЕС INTAS Project 96-0851 «Исследование новых конфигураций активных фильтров СВЧ для мобильной и спутниковой связи» (1998-2000).

Всего по материалам диссертации опубликовано 14 работ: две статьи в международном научном журнале Applied Microwave & Wireless (США); одна статья в международном научном журнале RF Design (США); шесть докладов на международных конференциях и симпозиумах (Россия, Малайзия); три доклада на Российских и международных конференциях (Новосибирск); два доклада на международных семинарах (Владивосток, Петропав-ловск-Камчатский).

5.7. Выводы по пятой главе

1 Представленные экспериментальные результаты подтверждают основные теоретические положения диссертации, что позволяет судить об их достоверности. В частности:

• экспериментально подтверждён факт существенной стабилизации абсолютной полосы пропускания при варакторной перестройке для конфигурации С-МПЛ резонаторов и фильтров с использованием специального элемента связи;

• экспериментально установлено, что максимальный диапазон перестройки, а также разброс между основным и ближайшим паразитным резонансом для рассматриваемого класса резонаторов и фильтров соответствует данным, полученным теоретически.

2 Для обеспечения полной и равномерной компенсации вносимых потерь в полосе пропускания фильтра во всё рабочем диапазоне перестройки между пассивными частями фильтра и усилителем в экспериментальном макете активного четырёхре-зонаторного ВПФ предложено использовать цепи коррекции на основе однозвенных МПЛ шлейфов. Для сравнения были проведены измерения в двух диапазонах частот (в основном рабочем 1400-1800 МГц и более низком 1000-1300), которые показали, что для получения равномерной компенсации вносимых потерь во всём рабочем диапазоне перестройки необходимо иметь широкополосный усилитель, рабочая полоса частот которого не меньше теоретически достижимого диапазона перестройки.

3 По результатам эксперимента выявлены некоторые особенности работы ВПФ на повышенном уровне мощности. Для различных экспериментальных макетов определён допустимый предел входной мощности, при котором ещё не обнаруживаются нелинейные явления. Показано, что в исследуемом активном перестраиваемом четырёхрезонаторном фильтре основное ограничение по уровню допустимой входной мощности обусловлено варакторами.

4 Экспериментально исследовано влияние изменения температуры на основные характеристики фильтра. Подтверждено увеличение вносимых потерь, что с ростом температуры существенно влияет на ширину полосы пропускания, увеличивая её. Диапазон перестройки смещается при этом вниз по частоте, причём тем больше, чем меньше ёмкость варактора.

Заключение

В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.

1. В рамках матричного анализа получено обобщённое условие резонанса для ОМПЛ, Д-ОМПЛ, С-МПЛ и СД-МПЛ конфигураций ВПР в форме полиноi X ■ е ма, корни которого определяют значения резонансной электрической длины. Для различных конфигураций резонаторов исследован характер поведения резонансных электрических длин от абсолютного импеданса (адмиттанса) варактора при изменении его ёмкости. Показано, что для таких критериев как абсолютное разнесение между основным и ближайшим паразитным резонансами, абсолютный и относительный диапазон перестройки -наилучшие характеристики демонстрируют С-МПЛ и СД-МПЛ конфигурации резонаторов.

2. Правомерность использования полученного выражения для определения условий резонанса различных конфигураций ВПР проверена с помощью существующих СВЧ симуляторов, использующих корректные математические модели. Получены хорошие результаты, которые подтверждают эффективность использования предложенной аппроксимации выражения описывающего условия резонанса, при анализе диапазонных свойств ВПР.

3. Для различных конфигураций СД-МПЛ резонаторов и фильтров даны практические рекомендации по уменьшению влияния возможного разброса параметров варакторов на максимально реализуемый диапазон частотной перестройки. Показано, что у последовательной и параллельной конфигурации СД-МПЛ резонаторов при различии емкостей управляющих элементов 40% диапазон перестройки уменьшается на 20% и 10% соответственно относительно центральной рабочей частоты 1.5 ГГц. В случае, когда разброс параметров варакторов не превышает 5%, диапазон перестройки практически не уменьшается. Исследования двухзвенного ВПР показали, что для получения удовлетворительных характеристик при перестройке фильтра допустимый разброс параметров варакторов не должен превышать 3-4%.

4. Для решения проблемы стабилизации абсолютной полосы пропускания в ВПР при частотной перестройке автором было предложено использовать схемы инверторов импеданса в качестве элемента связи в сочетании с нерегулярной структурой МГШ резонатора, что позволяет существенно стабилизировать постоянную абсолютную полосу пропускания при частотной перестройке более 40%. Б результате анализа различных схем показано, что лучшие результаты демонстрирует емкостной инвертор импеданса L типа.

5. Используя полиномиальную аппроксимацию модуля коэффициента передачи перестраиваемого С-МПЛ резонатора, предложен оригинальный алгоритм оптимизации параметров L-емкостного инвертора импедансов, что позволило добиться практически постоянную полосу пропускания БПР при частотной перестройке.

6. Б процессе проектирования активного перестраиваемого четырёх резонаторного фильтра были сформулированы ряд требований к УЭ, основное из которых - обеспечение необходимого наклона характеристики | S211 в рабочем диапазоне перестройки ВПФ для полной и равномерной компенсации вносимых потерь в полосе пропускания фильтра. Для выполнения данного условия были разработаны специальные цепи коррекции характеристики IS211 на основе МПЛ шлейфов, с помощью которых удалось компенсировать вносимые потери в диапазоне перестройки 25% на примере экспериментального макета активного ВПФ.

7. Экспериментальные результаты, полученные для наиболее перспективных конфигураций перестраиваемых фильтров, с достаточной точностью подтверждают корректность использованных математических моделей, что позволяет судить об их достоверности. В частности:

• экспериментально подтверждён факт существенной стабилизации абсолютной полосы пропускания при варакторной перестройке для конфигурации С-МПЛ резонаторов и фильтров с использованием специального элемента связи;

• экспериментально установлено соответствие максимального диапазона перестройки для рассматриваемого класса резонаторов и фильтров, а также разброса между основной и ближайшей паразитными модами аналогичным данным полученным теоретически.

8. По результатам эксперимента выявлены некоторые особенности работы ВПФ на повышенном уровне мощности. Для различных экспериментальных макетов определён допустимый предел входной мощности, при котором еще отсутствуют нелинейные эффекты. Показано, что в активном перестраиваемом четырёх резонаторном фильтре основное влияние на'уровень допустимой входной мощности оказывают варакторы.

9. Экспериментально исследовано влияние изменения температуры на основные характеристики фильтра. Подтверждено увеличение вносимых потерь, что с ростом температуры существенно влияет на ширину полосы пропускания, увеличивая её. Диапазон перестройки смещается при этом вниз по частоте, тем больше, чем меньше ёмкость варактора.

10. Используя методику проектирования и изготовления варакторно перестраиваемых фильтров с фиксированной полосой пропускания при перестройке на базе С-МПЛ конфигураций, изготовлены и протестированы опытные образцы таких фильтров, пригодные для практического применения в аппаратуре, где требуется повышенная эффективность использования частотного спектра.

1. Аганин А.Г., Бердышев В.П. Фильтры на связанных неоднородных линиях с улучшенной избирательностью//Известия вузов. Радиоэлектроника. -1997. 40. -№7-8.-с. 51-56.

2. Гуггга К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств: Перевод с англ. М.: Радио и связь. -1987. - с.156-159.

3. Елисеев А.К. Перестраиваемые микро полосковые фильтры// II Крымская конференция и выставка "СВЧ техника и спутниковый прием". - Севастополь, 1992. - с. 435-441.

4. Елисеев Н.И., Солдаткин В.Ю. Особенности синтеза фильтров на параллельно связанных полосковых резонаторах//Радиотехника и электроника. -1992. 37. -№11.-с. 27-30.

5. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. М.: Связь, 1979,- с.58-60.

6. Ильченко М.Е. Твердотельные частотно-избирательные устройства сверхвысоких частот. Киев: Виша школа, 1987. - 68 с.

7. Козловский В.В. Расчет многоступенчатых резонаторов, состоящих из однородных отрезков линии передачи, по диапазону перестройки//Радиотехника. -1979.- 34. №8, с. 45-48.

8. Козловский В.В., Никонов С.В. Фильтр на трехступенчатых проходных резонаторах //Радиотехника. -1983. 38. - №8, с.12-20.

9. Козловский В.В. Оценка коэффициента перекрытия колебательных систем //Радиотехника и электроника. -1975. №12, с. 324-328.

10. Капилевич Б.Ю. Активные фильтры СВЧ, отчет по теме «Аспект». Новосибирск: СибГАТИ, 1997. с.152-156.

11. Матгей ДЛ, Янг П., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи.- М.: Связь. Т. 2. -1972. - с.263.

12. Никитин А.Б., Соколова И.П., Карпусь Т.В. Диапазонные характеристики колебательной системы полоскового СВЧ генератора с варактором//Электронная техника, сер. 1: Электроника СВЧ. - Вып. 11 (371). -1984. - с. 45.

13. Никитин А. Б. Полосковые колебательные системы СВЧ, перестраиваемые варактором/ / Электронная техника, сер. 1: Электроника СВЧ. Вып. 7 (391). -1986. - с. 47.

14. Паламарчук И. В. Электрическая перестройка СВЧ резонаторов. Обзоры по электронной технике//Электроника СВЧ. Вып. 7 (888) - М.: ЦНИИ «Электроника», 1992.-с. 121.

15. Рыжаков С. М., Ротков J1Ю. Расчет полуволнового резонатора с варакторной перестройкой частоты//Известия вузов. Сер. Радиотехника. Т.26. - №1. -1983. - с. 87.

16. Рогозин В. В., Чуркин В. И. Ферритовые фильтры и ограничители мощности. -М.: Радио и связь, 1985. с. 12-20.

17. Смит Ф. Круговые диаграммы в радиоэлектронике. М.: Связь, 1976. - с. 57.

18. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды /Под ред. Б. А. На-ливайко. Томск; Mi ll «Раско», 1992. - с. 46-50.

19. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т.1/ Матгей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Перевод с английского под общей ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. М.: Связь, - Т1. -1971. - 440 с.

20. Сычёв А.Н. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах. Томск: Томский государственный университет, 2001. 318 с.

21. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Шихов Ю.Г., Алексеева Н.А., Сергиенко П.Н. Исследование микрополосковых резонаторов с плавным изменением ширины проводника: Препринт N° 784 Ф., Красноярск: Институт физики, 1998,31с.

22. Шихов Ю.Г., Бабицкий А.Н. Исследование избирательности микрополосковых фильтров на резонаторах со скачком волнового сопротивления: Труды межд. научно-техн. конф. Спутниковые системы связи и навигации, Красноярск, 1997, Т.1, с. 266-270.

23. P. Hinikula, R. Kaunisto. Microwave active filters for wireless applications: system approach/ / Proc. 27th European Microwave Conf., 1997. P. 409-414.

24. V. Aparin, P. Katzin. Active GaAs MMIC bandpass filter with automatic frequency tuning and insertion loss control//IEEE J. Solid State Circuits. Vol. 30. -1995. - P. 1068-1073.

25. R. G. Arnold and S. P. Marsh. A Microwave Active Filter With Tunable Center Frequency / /IEEE MTT-S Symp. Digest, 1993. P. 1313-1316.

26. C.Y. Chang and T. Itoch. A Varactor-Tuned, Active microwave Band pass Filter / /1990 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. Vol .1. - P. 499-502

27. К Chang, Martin S., Wang F., Klein J. L. On the study of micro strip ring and varactor-tuned ring circuits //IEEE Trans. МГГ-35. №12. -1987. - P. 1288-1295.

28. С. Y. Chang and Т. Itoh. Microwave Active Filters based on Coupled Negative Resistance Method //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. 38. -№12, December 1990. - P. 1879-1990.

29. S. R. Chandler, I. C. Hunter and J.G. Gardiner. Active Varactor Tunable Band pass Filter //IEEE Microwave and Guided Wave Letters. Vol. 3. - №3, March 1991. - P. 70-71.

30. C. Y. Chang and I. Itoh. Narrowband Planar Microwave Active Filter / / Electronics Letters. Vol.25. - №18, August 1989. - P. 1228-1229.

31. A.N. Farr, et all. Novel techniques for Electronic Tuning of Dielectric Resonator// Proc. 13th EuMC. Germany, 1983. - P. 486-489.

32. U. Karacaoglu and I. D. Robertson. MMIC active bandpass filter using negative resistance elements/ /1995 IEEE Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Digest of Papers. P. 171-174.

33. J. S. Hong and M. J. Lancaster. Microstrip slow-wave open-loop resonator filters/ / 1997 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest 2. Vol. I. - P. 713-716.

34. J. S. Hong and M. J. Lancaster. Micro strip bandpass filter using degenerate modes of a novel meander loop resonator//IEEE Microwave and Guided Wave Letters 5.11. -Nov. 1995.-Vol.5, P. 371-372.

35. C. Hunter and J. D. Rodes. Electronically Tunable Microwave band pass Filters/ / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol.30. - №9. -September 1982. - P. 1354-1360.

36. M. Healy, R. D. Pollared, С. M. Snowden. Active filters for MMICs//Proc. 17th European Conf. Sept. 1987 - P. 443-447.

37. P. R. Herczfeld et all. Optically tuned FM Modulated X-band Dielectric Resonator Oscillator/ /Proc. 14^ EuMc. Belgium. -1984. - P. 256-258.

38. W. S. Ishak, K.-W. Chang. Tunable Microwave Resonators Using Magneto static Wave in YIG Films// IEEE MTT. Vol. 34. - №12. - Dec. 1986. - P. 279.

39. B. Yu. Kapilevich. Variety of Approaches to Designing Microwave Active Filters// Proc. 27th European Microwave Conf. P. 397-408.

40. B. Yu. Kapilevich. Active Microwave Filters//Telecomm & Radio Eng. Vol. 40. - part. 2. -№4,1985, P. 51-58.

41. U. Karacaoglu, I. D. Robertson. MMIC Active Band pass Filters Using Varactor-Tuned Negative Resistance Elements/ / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. MTT-43. - №12. - Dec. 1995. - P. 29-32.

42. U. Karacaoglu, I. D. Robertson. High selectivity varactor-tuned MMIC band pass filter using losses active resonators//1994 IEEE МГТ-S International Microwave Symposium Digest (1994IEEE IMS). Vol.2. - P. 1191-1194.

43. P. Katzin, B. Bedard, Y. Ayasli. Narrow-band MMIC filters with automatic tuning and Q-factor control//1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (1993 IEEE IMS). Vol.l. - P.401406.

44. Krueger B. An appraisal of 6 stages YIG filters//Microwave Engineering Europe. -July/Aug. 1990.-P. 49-52.

45. U. Karacaoglu, S. Lucyzyn, M. Gugiiemly. GaAs MMIC Active Filters for L-Band Mobile Systems/ /1ЕЕ Colloquium Digest. №062. -1993. - P. 1-5.

46. M. Mikimoto, M. Sagava. Varactor Tuned Bandpass filters using micro strip-line ring resonators//IEEE MTT-S Symposium Digest. -1986. P. 411414.

47. M. R. Moazzam, A. H. Aghvami. Design Concepts of a Novel Microwave Active Filters/ /Int. J. Microwave Millimeter-Wave CAE. Vol. 2. - Jan. 1992. - P. 28-33.

48. D. K. Paul, M. Michael, Konstantinou. MMIC tunable bandpass filter using a ring resonator with loss compensation//1997 IEEE МТГ-S International Microwave Symposium Digest 2. (1997IMS, Volume I). Vol. 2. - P.941-944.

49. D. K. Poul, P. Gardner. Microwave oscillators and filters based on microstrip ring reso-nators//1995 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (1995 IEEE IMS).-Vol.1.-P. 83-86.

50. A. Presser. Varactor-Tunable, High-Q Microwave Filter//RCA Review. Vol. 42.- Dec. 1981. P. 691-705.

51. N. Popovic. Review of Some Types of Varactor Tuned DROs/ / Applied Microwave & Wireless. №8. - August 1999. - P. 62-70.

52. S. Pipilos, Y. P. Tsividis, J. Fenk, Y. Papananos. A Si 1.8 GHz RLC filter with tunable center frequency and quality factor//IEEE J. Solid-State Circuits. Vol. 31. -Oct. 1996. - P. 1517-1525.

53. C. Rauscher. Microwave Active Filters Based on Transversal and Recursive Principles/ /IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. MTT-33. - №12.- Dec. 1985.-P. 1350-1360.

54. C. Rauscher. Distributed Microwave with GaAs FETs//IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. St. Louis, Mo. - April 1985. - P. 173-176.

55. G. Subramanyam, F. V. Keuls, F. A. Miranda. A K-Band Tunable Microstrip Bandpass Filter Using a Thin-Film Conductor / Ferroelectrics / Dielectric Multilayer Configuration/ /IEEE Microwave and guided wave letters. Vol. 8. - February 1998. - P. 23-27.

56. R. V. Snyder, D. L. Bozarth. Analysis and Design of a Microwave Transistor Active Filter//EE Transactions on Microwave Theory and Techniques. ~ Vol. MTT-18. №1. -January 1970-P. 2-9.

57. A.F. Sheta, J. P. Coupez, G. Tanne, S. Toutain. Microstrip stepped impedance resonator bandpass filters and diplexers for mobile communications//1996 IEEE MTT-S Digest. P. 356-359.

58. H. Trabelsi, C. Cruchon. A Varactor-Tuned Active Microwave bandpass Filter//IEEE Microwave and Guided Wave Letters 2.6. June 1992. - Vol. 2. - №6. - P. 231-232.

59. S. Toyoda. Variable band pass filters using varactor diodes //IEEE Trans. MTTT-29. -№4,-1981. -P. 356-362.

60. S. Toyoda. Quarter-wavelength Coupled Variable Bandstop and Bandpass Filters Using Varactor Diodes//IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. 30. -№9. - September 1982. - P. 1387-1389.

61. M. Vidmar. A Wideband Varactor-Tuned Micro strip VCО//Microwave Journal. №6. -June 1999.-P. 80-84.

62. J. Uher, W.J. R. Hoefer Tunable microwave and millimeter-wave bandpass filters/ /IEEE Trans. MTT-39. №4. -1991. - P. 643-653.

63. Y. Yamamoto, Y. Imon, S. Mikumo, M. Katsurangi. Tuning a band pass filter by optical control of a negative resistance circuit//Т-МГГ. Vol. 46. - №12. - Dec. 1998. - P. 2006-2009.

64. Y. Yamamoto, K. Kawasaki, T. Itoh. AMESFET-controlled X-band active bandpass filter/ /IEEE Microwave and guided wave letters. Vol. 1. - № 5. - May 1991. - P. 110-111.

65. D. M. Pozar. Microwave Engineering. Addison - Wesley Publ. Co. -1990. - P. 583.

66. YIG Devices & Detectors. Catalogue OMNIYIG Inc.

67. Лукьянец P. Л. Анализ резонаторов СВЧ на микрополосковых линиях (МПЛ), перестраиваемых варактором//Российская научно-техническая конференция: материалы конференции. Новосибирск, 1998. - с. 89.

68. В. Kapilevich, R. Lukianets. Investigation of resonance conditions for varactor-tuned resonant circuits//Материалы П1 Международной конференции: СИТ-98. Новосибирск , 1998. - с. 143-146.

69. В. Kapilevich, R. Lukianets. Modeling Varactor Tunable Microstrip Resonators for Wireless Applications/ /Applied Microwave & Wireless. Vol.10. - №.7. - Sept. 1998. - P. 3244.

70. B. Kapilevich, R. Lukianets. Investigation of different configuration of varactor-tunedjresonance circuits//The third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology (KORUS'99). June 22-25. - Novosibirsk, 1999. - P.65-69.

71. Лукьянец P. Л. Анализ МПЛ резонаторов, перестраиваемых двумя варакторами/ /Российская Научно-техническая конференция: материалы конференции. -Новосибирск, 1999. с. 175-169.

72. Лукьянец Р. Л. Активные фильтрующие структуры на микро полосковых линиях, перестраиваемые варактором//Материалы международного семинара «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций», 5-10 июля.- Владивосток, 1999. -с. 196.

73. INT AS project №96-0851 Investigation of new configurations of microwave active filters for mobile and space communications.

74. Лукьянец P. Л. Особенности проектирования активного перестраиваемого фильтра СВЧ в диапазоне 1.8 ГГц/ /Научно-техническая конференция: материалы конференции. Новосибирск, 2000. - с.56-69.

75. В. Kapilevich, R. Lukianets Tunable Active Band pass Filter with Fixed Bandwidth / /IWTS-2000, May 15-19,2000. Malaysia, 2000. - P. 3640.

76. B. Kapilevich, R. Lukianets. High-Q Tuned Active Band pass Filter for Wireless Application/ /2000 5-th International Conference on Actual Problems of Electric Instrument Engineering Proceedings APEIE-2000. Novosibirsk, 2000. - Vol.1. - P. 227-230.

77. B. Kapilevich, R. Lukianets. Modeling Varactor Tunable Microstrip Resonators for Wireless Applications/ /Applied Microwave & Wireless. Vol.13. - №5. - May 2001. - P. 54-64.

78. B. Kapilevich, R. Lukianets. Designing tunable resonators and filters with constant bandwidth. RF Design, August 2001. P. 335.

79. Пример вычисление корней полинома для определения резонансных электрических длин ВПР с последовательным включением варактора иемкостным элементом связи

80. Данная пограмма вычисляет корни полинома для определения резонансных электрических длин ВПР с последовательным включением варактора и емкостным элементом связи.1.put 9j1. Рисунок 1.1.e Output1. Исходные данные:fo рабочая частота г0:=1.8 (GHz)

81. Zo системный импеданс z„:=50 (Ohms)

82. Z импеданс линии передачи, zi =20 Z2 := 50 Z3 :=

83. Сс ёмкость элемента связи, сс =0.2 (pF)

84. Cvmin минимальная ёмкость варактора, с vmln = 0.5 (PF)

85. Cvmax максимальная ёмкость варактора, п ■ — vmax 2.5 (PF)1. Ohms)

86. Zc импеданс емкостного элемента связи на рабочей частоте,

87. Zvmin минимальный абсолютный импеданс варактора (при Cv = 2.5 pF) ,

88. Zvmax максимальный абсолютный импеданс варактора (при Cv = 0.5 pF) .1. Хс =-—-2.nCc-lO fo-10 хс = 442.097 Ohm1 1 Zvmln : =--Zvmax : 2 it fo10 с ^„10 12 2 n fo109 cvmln10 12

89. Zvmin 35.368 Zvmsx = 176.839

90. Нахождение корней полинома для определения резонансных электрических длин ВПР.

91. M<— polyroots( v) h s— 2-асов /М,4 2 4 2a<— 4-Zv- 16-XC+-—ZvXc H--ZQ Zv1. Z22 2 2 Z2 + Xc + ZvXc +ZQ1. Z2-2 Xc- Zv-2-a-b — 16-d^ a2+2-a-b+80-d2 -2-a2- 128-d2a2+64-d2

92. M<— polyrootsf v h«—2-acosl /М22m := 25 шаг измененияпараметра варактора1. Zv(j)e<— Zvmin1. Zvmajc Zvminds <m1.or n e 1 . j e<— a )- dsm количество точек аргумента, i =0. 3 - число корней полинома,

93. Поведение резонансной электрической длины как функции от значения абсолютногоимпеданса варактора32 тоеооооооооооеообооооооооо

94. Определение дополнительных коэффициентов полинома, описывающего общие условия резонанса Д-ОМПЛ конфигурации

95. Общие выражения для параметров Ri, R2. R9 Д-ОМГШ конфигурации записываются как:

96. Ri = ai-bi аз-Ьз - zo2-ci-di + zo2-C3-d3; Rs = аг-Ь4 + а4-Ьг - zo2-C2-d4 - zo2-C4-d2;

97. R2 = а2-Ьг a4-b4 - zo2^^ + zo2-C4-d4; R6 = ai-Ьг + a2-bi - zo2-ci-d2 - zo2-C2-di;

98. R3 = аз-Ьз + a4-b4 zo2-C3-d3 - zo2-C4-d4; R7 = а4-Ьз + аз-Ь4 - zo2-C3-d4 - zo2-C4-d3;

99. R4= ai-Ьз + аз-bi zo2-ci-d3 - zo^-di; Re = a^bi + ai-b4 - z^-ci-cU - zo2-C4-di;

100. R9 = аг-Ьз + аз-Ьг zo2-C2-d3 - zo2-C3-d2.

101. Значения параметров Ri, R2. R9 могут быть найдены используя выражения для дополнительных параметров из Таблицы 1 для последовательной или параллельной конфигураций резонаторов с емкостным или индуктивным элементами связи.

102. Определение дополнительных параметров Таблица 2.1.

103. Ь2 —2XC — Zv -2Zv -2XC+Yv-Z2 2Xc1. Ьз -Хс Хс Xc-Yv-Z Yv-Xc-Zь4 2Z X.-ZJZ 2Z + Xc-Zv/Z 2Z + Xc-Yv-Z 2Z - YV-XCZ1. Ci ZJZ2 ZJZ2 Yv Yv1. С2 zv/z2 -ZJZ2 Yv Yv1. Сз 0 0 0 0с4 2/Z 2/Z 2/Z 2/Zdi 0 0 0 0d2 2 2 2 2d3 ZJZ ZJZ YVZ YVZd4 -ZJZ ZJZ -YVZ -Yv-Z

104. Определение дополнительных коэффициентов полинома, описывающего общие условия резонанса С-МПЛ конфигурации

105. Общие выражения для параметров Ri, R2. R9 С-МГШ конфигурации записываются как

106. Ri = ai-bi аз-Ьз - zo2-ci-di + г^-сз-бз; Rs = аг-Ь4 + Э4-Ьг - zcP-d-dk - z^-a-dr,

107. R2 = аг-Ьг a4-b4 - zo2-C2-d2 + zo2-C4-d4; Re = ai-Ьг + аг-bi - zo^ci^ - zo2-C2-di;

108. R3 = аз-Ьз + a4-b4 zo2-C3-d3 - zo2-C4-d4; R7 = а4-Ьз + аз-Ь4 - zo2-C3-d4 - zo2-C4-d3;

109. R4 = ai-Ьз + аз-bi zo2-ci-d3 - z^o-di; ' Re = a4-bi + ai-b4 - zo2-'ci-d4 - zo2-C4-di;

110. R9 = аг-Ьз + аз-Ьг zo2-C2-d3 - zo2-C3-d2.

111. Значения параметров Ri, R2. R9 могут быть найдены используя выражения для дополнительных параметров из Таблицы 2 для последовательной или параллельной конфигураций резонаторов с емкостным или индуктивным элементами связи.

112. Определение дополнительных параметров Таблица 3.1.

113. Ьз Zi — Z2 + Xc'Zv/Z2 — Xc-Zv/Zi Zi Z2 + Xc-Zv/Zi - Xc-Zv/Zi Z1-Z2 Z1-Z2ь4 Zi + Z2 — Xc-Zv / Z2 — Xc-Zv/Zi Zi + Z2 + Xc-Zv/Zi + Xc-Zv/Zi Z1 + Z2 Z1 + Z2

114. Cl 0 0 Yv- (I-Z2/Z1) Yv- (1 Z2/Z1)

115. С2 0 0 Yv- (1 + Z2/Z1) Yv- (1 + Z2/Z1)сз 1/Zi 1/Z2 1/Z1 - 1/Z2 1/Zi - I/Z2 1/Zi - I/Z2

116. С4 1/Zi + 1/Z2 1/Zi + I/Z2 1/Zi + I/Z2 1/Zi + I/Z2di 1 Z2/Z1 1 - Z2/Z1 1 - Z2/Z1 1 - Z2/Z1d2 1 + Z2/Z1 1 + Z2/Z1 1 + Z2/Z1 1 + Z2/Z1d3 Zv/Zi Zv/Z2 Zv/ Zi - Zv/ Z2 0 0d4 Zv/Zi + Zv/Z2 Zv/Zi + Zv/Z2 0 0

117. Определение дополнительных коэффициентов полинома, описывающего общие условия резонанса ДС-МПЛ конфигурации

118. Общие выражения для параметров Ri, R2. R9 ДС-МПЛ конфигурации записываются как:

119. Определение дополнительных параметров Таблица 3.1.

120. Ьз Z. — Z2 — XC*ZV/Z 1 Z\ — Z2 "t" Xc*Zy!Z\ Z] — Z2 — XcYvZ2 Z,-Z2 + Yv-Xc-Z2ь4 Z\ "t" Z2 — Xc-Zy/Zj Z1 + Z2 + Xc-ZJZx Zi + Z2 + Xc-Yv-Z2 Zj + Z2-Yv-Xc-Z21. Cl zjzx-z2 Zy/ZyZ2 Yv Yv1. С2 -ZJZx-^i -ZJZVZ2 Yv Yv

121. Сз 1/Z, I/Z2 1/Z, - I/Z2 1/Z, - 1/Z2 1/Z, - 1/Z2с4 1/Z, + I/Z2 1/Z, + l/z2 1/Z, + 1/Z2 1/Z, + I/Z2di 1 z2/z. 1 -z2/z. 1 - z2/z. 1-Z2/Z,d2 1 + Z2/Z, 1 + z2/z. 1 + z2/z, 1 + z2/z,d3 Zv/Z, zv/z. Yv-Z2 Yv-Z2d4 -Zv/Z, zv/z. -Yv-Z2 -Yv-Z2

122. Оптимизация параметров варакторно перестраиваемого резонатора с целью стабилизации полосы пропускания при перестройке

123. Программа вычисляющая параметры варакторно перестраиваемого резонатора

124. Zv(k)=(R+s(i)*Lk+l/(s(i)*Cv(k)))/(s(i)*Ck)/(R+s(i)*Lk+l/(s(i)*Cv(k))+ +1/(s(i)*Ck));1. Matrix for varactor,

125. Mcv = 1, Zv(k) 0, 1.; A1 = cosh(a*tl+phase(i)*tl); B1 = sinh(a*tl+phase(i)*tl); Mtl = [A1 , zl*Bl;.

126. Bl/zl, Al.; A2 = cosh(a*t2+phase(i)*t2); B2 = sinh(a*t2+phase(i)*t2); Mt2 = A2 , z2*B2;.

127. B2/z2, A2.; M = Mcl*Mc2*Mtl*Mt2*Mcv Mt2*Mtl*Mc2*Mcl; S(i) = 100/(M(l,1)*50+M(1,2)+M(2,1)*2500+M(2, 2)*50) ;end;1. M, n. = max(abs (S)) ;

128. W1 = W(n)*0.7:W(n)* 0.1:W(n)*1.3;si = j *W1;phasel = sl/f/2/pi;1. N = length(Wl);

129. The element of Matrix for tl,

130. The element of Matrix for tl,1. Matrix for the 1 section,

131. The element of Matrix for tl,

132. The element of Matrix for t2,1. Matrix for the 2 section,for i = 1:N; Mcl = 1, 0; .1/s(i)/С1,1. ;

133. Matrixes of coupling element,

134. Мс2 = 1, 1/s(i)/С2;. . % Matrixes of coupling element,0 ,1.;

135. Zv(k)=(R+s(i)*Lk+l/(s(i)*Cv(k)))/(s(i)*Ck)/(R+s(i)*Lk+l/(s(i)*Cv(k))+1/(s( i) *Ck) ) ;

136. Mcv = 1, Zv(k);. 0, 1.; Al = cosh(a*tl+phase(i)*tl) ; B1 = sinh(a*tl+phase(i)*tl) ; Mtl = [Al , z1* В1;. Bl/zl, Al] ;

137. A2 = cosh(a*t2+phase(i)*t2); B2 = sinh(a*t2+phase(i)*t2) ; Mt2 = A2 , z2*B2;.

138. B2/z2, A2.; M = Mcl*Mc2*Mtl*Mt2*Mcv Mt2*Mtl*Mc2*Mcl; Sl(i) = 100/(M(l,1)*50+M(l,2)+M(2,1)*2500+M(2, 2)*50) ; end;

139. The element of Matrix for tl, % The element 'of Matrix for tl,

140. Программа нахождения оптимальных значений параметров варакторно перестраиваемого резонатора с целью стабилизации полосы пропускания

141. Q = input ('Q factor for line ? (300):\n'); if is empty(Q);1. Q = 200; end;a = l/Q/2; %< Loss factor for linef = 1.8; %<- frequency in (GHz)

142. Fn = 1:0.01:2; W = 2*pi*Fn; s = j*W;phase = s/f/2/pi; Cv = 0.0005,0.0025.; NumCv = length(Cv); Points = length(W); x (1) = 2;х(2) = 1; х(3) = 1.35; х(4) = 0.85; х(5) =20; х(6) = 80;у,S,dP,dAp.=rescur(x(1),x(2),x(3),x(4),x(5),x(6));hold on;