автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.01, диссертация на тему:Исследование и расчет согласующих устройств волново - полоскового тракта

' _ НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОЕОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На права" рукописи

}Закот:зезг:с .Владиш.т г^оксган?;::-"?!"'

ИССДЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ СОГЛАСУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ВОЛНОВОДНО - ПОЖ)СКОВОГО ТРАКТА

Специальность 05.12.01 - Теоретические основы

радиотехники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород, 1993

Работа выполнена в Нижегородском научно-исследовательском приборостроительном институте

Бедузцэе предприятие - НКИЙС /г.Нижний Новгород/

Защита состоится 4. П в 14 час на заседании специализированного Совета Д. 063.85.03 по теоретическим основам радиотехники при Нижегородском государственном техническом университете (603600, г. Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24, ауд. 1258 ).

С диссертацией можно .• ознакомиться ' в библиотеке Нижегородского ордена Трудового Красного Знамени государственного технического университета.

Автореферат разослан " октября дддЗг.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Раевский С. Б. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ¿злиппоа B.C.; кгндагдат технических наук, с-.н.с. Гсмзин Г.Н.

Ученый секретарь специализированного Совета' :--лндидат технических наук

А. Н. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В последнее десятилетие наметилась устойчивая тенденция к освоение верхней част:-: СЕЧ--диапазона, что потребовало создания и развития егс функциональной базы.

Сочетание указанной тенденции с требованиями уменьшения массо-габаритных показателей стимулирует развертывание • исследований в.области создания функциональных СВЧ-узлоз нового поколения, используюних микрополосковук, планарную и объемную технологии.

В качестве базовых структур широко используются • полоско-вые, щелевые, компланарные линии, открытые и экранированные, волноводы малых поперечных сечений, диэлектрические волноводы.

Эффективное использование этих линий передачи в диапазоне КВЧ и СВЧ обусловлено их высокой надежностью, устойчивостью к разнообразным воздействиям, хорошей воспроизводимостью параметров, низкой стоимостью при массовом производстве, возмог-ностью практически' полной автоматизации как конструирования, так и изготовления.

В настоящее время широко распространена в СВЧ диапазоне аппаратура в коаксиальном и волноводном исполнении с подводом и отбором мощности с помощью коаксиальных и волноводных трактов. В результате всегда существует необходимость сочленения волноводных и коаксиальных трактов с СВЧ-узлами, выполненными на основе плаварных линий передачи. При этом очень важно иметь надежные и высококачественные переходные устройства с плоских линий передачи ва коаксиальные или прямоугольные волноводы.

Расчет элементов согласования волноводно{коаксиально)-по-лоскового тракта С волноводно-полосковых и коахсиально-по-

ласковых переходов ВШ1 и КПП ) до настоящего времени ведется методами СВЧ-цепей, имеющими существенный недостаток - неучет влияния мод высших типов, возникающих в результате дифракции на нерегулярных участках тракта. Отметим, что неучет влияния высших мод ведет к неадекватности отображения в математической модели сложных физических процессов, происходящих в области неоднородностей тракта, а, следовательно, к искаженному представлению об их интегральных характеристиках особенно в области высоких частот.

Необходимость создания системы машинного проектирования переходных устройств верхней части СВЧ-диалазона определяет актуальность настоящей диссертации, посвященной построению адекватных математических моделей коаксиально-полосковых и волноводно-полосковых переходов и созданию на их основе эффективных расчетных алгоритмов и программ.

Задачи исследований. Первая задача -разработка алгоритма электродинамического расчета ссссного волноводно-пслоскового перехода. Решение этой задача требует электродинамического расчета базовых элементов, образующих переход, исследования их спектра волн и дисперсионных свойств/ Композиция базовых элементов, выполненная на основе метода частичных областей, позволяет произвести расчет и оптимизацию перехода в целом.

Вторая задача - расчет коаксиалыю-полосхового перехода такге решается с использованием метода частичных,областей.

Алгоритмы и программы, составленные на основе указанных дифракционных задач, являются основой для создания системы автоматизированного проектирования согласующих устройств данного типа.

Целью диссертационной работы является создание адекватных математических моделей переходный устройств волноводно-по-

лоскового тракта, разработка на их основе алгоритмов а программ для расчета, исследования этих устройств, с последующи: включением указанных алгоритмов и программ в обаую сксте:.гу автоматизированного проектирования функциональных устройств СВЧ-диапазона.

Научная новизна. В результате выполнения работы : .

13 Разработан алгоритм расчета П-образного волновода -базового элемента волноводно-полоскового перехода. На основе решения задачи о расчете П-образного волновода . уточнен подход к корректному разбиение поперечных сечений

электродинамических структур при использовании метода частичных областей (МЧО);

2) Обоснован выбор оптимальной методики ' расчета экранированных микрополосковых линий СЭМПЛ) в приложении к задачам исследования переходных устройств;

3) Исследованы структуры полей основной и первой волны высшего типа ЭМПЛ; *

4) Разработаны алгоритмы электродинамического расчета базовых элементов согласования волноводно-полоскового тракта: стыка двух П-волноводов, стыка- П-волновода и МПЛ, стыка коаксиальной линии СКЛ) и МПЛ;

5) Получена обобщенная матрица рассеяния соосногс волноводно-полоскового перехода;

6) Предложены методы подавления волн высших типов, возникающих в рассмотренных переходных устройствах: в волноводно-полосковых СВПП) и коаксиально-полосковых переходах С КПП);

7) Созданы ВПП и КПП с улучшенными характеристиками;

Практическая ценность. Алгоритмы и программы расчета волноводно-полосковых и коаксиально-полосковых переходов, разра-

5

ботанные при выполнении диссертации, используются при создании системы машинного проектирования. СВЧ-устройств.

На основе проведенных исследований созданы КПП и ВПП с расширенной полосой согласования, имеющие электрические характеристики на уровне лучших отечественных и зарубежных образцов.

Обоснованность .и достоверность результатов работы..

Теоретические результаты диссертации получены при использовании математически строго обоснованного метода частичных областей. Контроль результатов осуществлялся путем исследования сходимости решений Сгл. . I-III3, проверкой закона сохранения энергии Сгл. I-III), а также сопоставлением полученных результатов с результатами представленными в других работах Сгл. I-III). Результаты теоретического исследования подтверждены экспериментально Сгл. IV).

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, сделано 7 докладов на Всесоюзных научных конференциях. Получено 2 положительных решения по заязкаы на изобретения.

Основные положения диссертационной работы обсугдались на заседании региональной секции " Прикладной электродинамики", на научных- семинарах кафэдры " Физика" Нижегородского политехнического института. '

Положения, выносимые на зааиту:

1. Алгоритш и программы расчета базовых элементов волноводно-полосковых переходов С П-образного волновода и ЗМПЮ, составленные на основе метода частичных областей с применением условия ортогональности собственных функций.

2. Обоснование подхода к корректному разбиению поперечных

сечений исследуемых структур при использовании МЧО.

б

3. Алгоритм и результаты расчета структур электромагнитных полей собственных волн ЭМПЛ.

4. Алгоритаы и программы расчета базовых структур волноводно-полосковых переходов Сстыка двух П-образных волноводов, стыка П-волновода и ЭМПЛ), разработанных на основе МЧО с использованием модовой ортогональности.

5. Алгоритм расчета волноводной вставки-трансформатора, составленный на основе принципа декомпозиции с использованием теории обобщенных Б-матрпц.

6. Алгоритм и программа расчета соосного коаксиально-полоскового перехода, разработанные на основе МЧО с использованием энергетической ортогональности.

7. Созданные на основе проведенных исследований согласующие устройства шкрополоскового тракта с улучшенными электрическими характеристиками.

. 8. Методики машинного проектирования согласующих устройств волноводно-микрополоскового тракта.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения,

/

четырех глав, заключения, содержит . 16-7 страниц основного текста, .75 рисунков, 6. . таблиц, библиографию из .148 . наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении сформулирована цель диссертационной работы, обоснована актуальность проводимых исследований, охарактеризовано состояние вопроса, подлежащего рассмотрению, кратко изложено содержание диссертации, представлены основные положения , выносимые на защиту.

Первая глава посвящена исследованию базовых элементов, на-основе.которых строится волноводно-полосковый переход. Композиционно глава построена по той же схеме, что и алгоритм реше-

7

ния задачи о расчете ступенчатого волноводно-полоскового перехода.

Сначала производится расчет электродинамических характе-

t

ристик П-образного волновода: критических длин волн, фазовых постоянных, амплитудных коэффициентов при собственных функциях. Поскольку известно достаточно много работ, посвященных исследованию П-образного волновода, при составлении алгоритма расчета его характеристик в настоящем случае нужно было выбрать сравнительно простую математическую модель, которая при достаточной точности позволила бы в дальнейшем сформулировать компактную дифракционную задачу о расчете ВПП. Математическая модель для характеристик собственных волн П-образного волновода была сориентирована на метод частичных областей (МЧО) с предварительным обоснованием корректности применяемого разбиения поперечного сечения на частичные области. Было показано, что использование в процедуре МЧО дискретных наборов собственных функций является правомерным' только при условии такого разбиения поперечного сечения продольно-регулярной структуры на частичные области, при котором-для каждой из этих областей можно сформулировать краевую задачу Штурма-Лиувилля. При составлении дисперсионного уравнения проектирование осуществлялось на пространство собственных функций указанных областей.

Далее в главе описывается расчет экранироЕанной микропо-лосковой линии (ЭМПЮ. К настоящему времени создано много алгоритмов электродинамического расчета ЭМПЛ. В процессе выполнения диссертационной работы была выбрана наиболее удобная для дальнейшего использования при решении дифракционных задач электродинамическая модель, описанная в работе "Микроэлектронные, устройства СВЧ / Г.И. Веселов, E.H. Егоров, D.H. Алехин и др.: Под ред. Г.И. Веселова - М.: Высш. шк., 19S8 ".

а .

Согласно этой модели поперечное сечение ЭМПЛ разбивается на частичные области, как показано на рис.1.

Продольные составлящие векторов Герца в областях I и II Срис. 1) были записаны в виде разложений по собственным функциям этих областей

СП

п1г\1'Аг тХ!п№Ет(У>-

го=»

где и неизвестные коэффициенты.

Граница раздела между областями I и II , а^< х < ао) рассматривалась как вырожденная частичная область <<0>>. В качестве собственных функций этой области были выбраны'полиномы Чебышева 1-го и 2-го рода.

Из условия непрерывности тангенциальных компонент поля на границе между выделенными областями с использованием свойства ортогональности собственных функций I и II на интервале 0<х^ и полиномов Чебышева на интервале а^ х^ , была получена . система линейных однородных алгебраических уравнений ССЛАУ) относительно амплитудных коэффициентов в представлении. полей (1). Из условия нетривиальности решений этой системы было получено дисперсионное уравнение собственных волн ЭМШ1.. Его решение осуществлялось на ЭВМ методом редукции. После решения дисперсионного уравнения • определялись коэффициенты при собственных функциях частичных областей. Исследовалась сходимость численных результатов, как интегральная С по критическим частотам, фазовым постоянным, коэффициентам затухания), так и по представлениям полей (1). Уточнена классификация собствен-' ных волн ЭМПЛ. Исследованы структуры их полей, знание которых

дает возможность эффективно решать вопросы возбуждения, филь-

9

трации, вывода модности, создания на отрезках ЭМПЛ различных функциональных СВЧ-узлов, оптимизировать расположение активных элементов СВЧ-тракта, определять применимость направляющих систем в качестве базовых элементов функциональных устройств, как традиционных так и принципиально новых. Расчет силовых линий электромагнитного поля проводился на основе дифференциального уравнения

ЕхСу _ЕСНу) _ С2 С/у ах ду аг

Уравнение (2) решалось методом Рунге-Кутта. Составленный на его основе алгоритм обладает достаточной общностью и позволяет рассчитывать картины полей собственных волн не только ЭМПЛ, но и других направляющих систем.

Проведенное исследование характера частотной зависимости структуры электромагнитного поля в ЭМПЛ показало, что волна квази-Т имеет волноеодный характер, который становится явно Еыраженным на высоких частотах. Это говорит о том, что те допущения, которые используются при расчетах СВЧ-схем в Т-приб-лихении, на высоких частотах должны приводить к значительным погрешностям. Структура поля первой (по порядку следования критических частот) волны высшего типа близка к структуре поля волны 1М1о двухслойного прямоугольного волновода.

Значительная часть первой главы посвящена расчету стыка двух П-образных волноводов с разными высотами выступов, являющегося базовым элементом волноводно-полоскового перехода, рис.2.

Задача решалась методом частичных областей с использованием условия ортогональности собственных волн (энергетической ортогональности). Дифракционное поле в волноводе с меньшей

высотой гребня С в рассматриваемом случае возбуждение стыка 10

vrn т I WA

Рис. 1

Рис. 2

производится со стороны этого волновода) представлялось полями падающей квази-Н1о волны и отраженных _ основной и волн высших типов. Поле в волноводе 2 С его поперечное сечение на рис. 2 обозначено ОГЕйВА) представлялось прошедшими основной волной и волнами высших типов. В месте стыка двух П-образных волноводов С2=0)(рис. 2) записывалось условие непрерывности тангенциальных компонент полей:

£ 4 Кг ПРИ СХ'^е30АВСЕГ Т! I- 0 при Сх.у)€5рнхз

(3)

■ V Нтг П?К (Х"'^0АВСЕ7

Ллгебраизация полученной из граничных условий СЗ) системы функциональных уравнений осуществлялась путем векторного дом-ножения на соответствующую тангенциальную компоненту электромагнитного поля и интегрирования по площади поперечного сечения соответствующего' волновода. В результате применения условия энергетической ортогональности была получена система линейных алгебраических уравнений

Г э

+

<3

00

я

э г г

г 1 г

¡дЛ^ % К •

Ш % ИР"; % % Н

г з г

2 2 2

^ К :

со

со

г

г

г

г

00

■* аз

з

г

Индексом Е в (4) обозначена принадлежность к Е-волнам, индексом Н - к Н-волнам. и Р^ -комплексные коэффициенты отражения, Т^ и Гк- комплексные коэффициенты прохождения Н и Е

функций в соответствующих волноводах, индексы 1 и 2 обозначают принадлежность поля к соответствующему волноводу 1 и 2.

Порядок приближения, в котором решается система (4), определяется количеством учитываемых в стыкуемых волноводах волн.

При расчете стыка П-образных волноводов была исследована сходимость решения задачи по числу собственных функций учитываемых в записи полей собственных волн, а также по числу сами:: волн. Исследование сходимости дало возможность выбрать рабочее приближение, т.е. то приближение, в котором в дальнейшем выполнялись все расчеты.

На основе разработанного алгоритма была исследована зависимость основных электрических характеристик стыка от его геометрических параметров. Показано, что с ростом частоты наблюдается увеличение модуля коэффициента отражения и уменьшения модуля коэффициента прохождения. Данное явление объясняется. увеличением влияния волн высших типов в верхней части исследу-

н( е) 1 ( 2>

емого диапазона частот. В многомодовом режиме работы волноводов частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения имеет скачки на критических частотах волн высших типов П-волновода, что объясняется возникновением перекачки энергии от основной волны к волнам высших типов. •'

Корректнность получаемых результатов контролировалась проверкой выполнения закона сохранения энергии. Точность выполнения закона сохранения энергии составляла не более IX.

Во второй главе диссертации рассматриваются задачи о расчете оконечного каскада ВПП - стыка П-волновода и ЭМПЛ и волноводно-полоскового перехода в целом.

С1 использованием численных результатов, полученных при расчете П-образных волноводов и ЭМПЛ Спредставленных в главе I диссертации), производится анализ электромагнитных процессов в одном из основных базовых элементов ступенчатого перехода -стыке П-образного волновода и ЭМПЛ. Дифракционная задача решается методом энергетической ортогональности. Стык П-образного волновода и ЭМПЛ схематически изображен на рис. 3. Дифракционное поле в П-волноводе С в случае.возбуждения стыка со стороны этого волновода) представляется в виде набора падающих и отраженных волн Сосновной и волн высших типов). Поле.в ЭМПЛ С на рис. 3 контур поперечного сечения эмпл обозначен POLK) представляется прошедшими волной квази-Т и волнами высших ти-

В плоскости стыка С г=0 ) двух направляющих систем записываются условия непрерывности тангенциальных компонент поля:

пов.

Е.

тп

gdfolk

bfdg

Кп= Ч ПРИ 'Х'У^ажх

Исключение координитной зависимости (алгебраизация) из системы функциональных уравнений, полученных из (5), осуществляется путем домножения каждого из уравнений (векторно) на соответствующую компоненту электромагнитного поля и интегрирования либо по площади поперечного сечения ЭМПЛ, либо - волновода. В результате применения условия модовой С энергетической) ортогональности получается СЛАУ :

К

^ % % ]с!з ССО .

В С6) использованы обозначения: £>ипл - площадь поперечного сечения ЭММ, Бд - площадь поперечного сечения П- волновода. Индексом Е обозначена принадлежность полей к Е-волнам, индексом Н - к Н-волнам. Р^, комплексные коэффициенты отражения Н и Е волн соответственно, р - число учитываемых Н-волн в П-волноводе, ч - число учитыва-. емых при расчете Е-волн в П-волноводе, в - число волн в ЭМПЛ,

учитываемых при расчете. Тд- коэффициенты прохождения волн в

15

ЗМШ1, е"р, е^., Ь^; , - собственные функции

поперечного сечения П-волновода и ЭМПЛ сответственно.

Приведенная система уравнений соответствует случал возбуждения стыка со стороны П-волновода, однако, алгоритм , представленный в диссертации пригоден для расчета исследуемой структуры при возбуждении ее с любой стороны, любыми собственными волнами в стыкуемых направляющих системах.

СЛАУ (6) решается в том или ином приближении, в зависимости от числа собственных волн,' учитываемых в стыкуемых направляющих системах. В главе приведены результаты исследования сходимости решения как по числу собственных функций, учитываемых в записи полей стыкуемых направляющих систем, так и по числу собственных волн, учитываемых в каждой направляющей системе при решении дифракционной задачи. Результаты исследования сходимости позволили правильно выбрать рабочее приближение, в котором в дальнейшем производились все расчеты.

На основе разработанного алгоритма были исследованы зависимости электрических характеристик стыка от его геометрических параметров, определены оптимальные параметры стыкуемых систем, обеспечивающие минимальный коэффициент отражения и максимальный коэффициент прохождения основной волны. Обнаружено, что с ростом частоты происходит увеличение коэффициента отражения, что объясняется усиливающимся влиянием волн высших типов в верхней части диапазона частот. В многомодовом режиме на частотных зависимостях электрических характеристик стыка наблюдаются скачки, положение которых соответствует критическим частотам волн высших типов на которых начинается перекачка энергии основной волны в распространяющиеся волны виста типов.

Корректность решения задачи о расчете стыка контролировала

лась дрозеркой выполнения закона сохранения энергии. Во всех рассмотренных случаях точность выполнения этого закона сотавляла не более 1%.

Второй задачей, рассматриваемой в главе, является дифракционная задача о расчете трансформатора, служащего для широкополосного согласования прямоугольного волновода с экранированной микрополосковой линией и являющегося основным конструктивным элементом волноводно-полоскового перехода. Общий вид ступенчатого перехода схематически изображен на рис.4 .

Расчет согласующего трансформатора проводился методом декомпозиции . Обобщенная матрица рассеяния всего перехода образовывалась С с использованием теории каскадного соединения многополюсников) объединением обобщенных матриц рассеяния базовых элементов : стыка двух П-образных волноводов и стыка П-образного волновода и ЭМПЛ. Процедура составления матриц рассеяния базовых элементов была описана выше. Каждый автономный блок С в общем случае - многополюсник ) представлялся в виде многомодового четырехполюсника, где каждый из . четырех входов имел определенное число "подвходов", определяемое количеством учитываемых при расчете волн. Общая матрица рассеяния ВПП была получена как результат последовательного объединения указанных, четырехполюсников. Каждый элемент матрицы рассеяния представлял матрицу, порядок которой определялся числом вола, учитываемых при решении задачи о стыках двух П - волноводов, П-волновода и ЭНПД.

Подбором параметров ступенчатого перехода: перепадов высот гребней П-образных волноводов, длин отрезков регулярных П-образных волноводов, ширины гребней, соотношения ширины гребня и полоска ЭМПЛ, высоты гребня оконечного отрезка П-волновода, то есть на основе решения задачи параметрического син-

17

'CHU

Я1

■;;ы:ип - tJLJl-J V UuqcHuog [,

е

теза определялась конструкция перехода, обеспечивавшая заданные характеристики.

Исследование частотных зависимостей основных характеристик перехода показало, что наибольшее рассогласование в волноводно-полосковый тракт вносит оконечный каскад согласующего устройства - стык П-волновода и ЭМПЛ. Отмечено, что с ростом частоты происходит ухудшение электрических характеристик волноводно-полоскового перехода, объясняющееся увеличением влияния волн высших типов, возбуждающихся на каждой неоднородности, входящей в согласующее устройство.

В главе описан принцип составления програ?.<мы расчета вол-новодно-полосковых переходов на ЭВМ. Дана инструкция по ее использованию, представлены стандартные программы, необходимые для математического обеспечения решения задачи.

Третья глава посвящена электродинамическому расчету и исследованию основного элемента коаксиально-полоскового перехода - стыка коаксиальной линии и ЭМПЛ. Задача решалась методом частичных областей с использованием условия энергетической ортогональности. Методика решения задачи аналогична той, которая была использована при расчете стыка двух П-волноводов, а также стыка ЭМПЛ и П-волновода. Особенность решения задачи о расчете стшса коаксиальной линии и ЗМШ1 состоит в следующем: поскольку поля стыкуемых направляющих систем записываются в различных системах координат, при их сшивании в плоскости стыка необходимо осуществлять взаимный переход из одной координатной системы в другую, в результате чего возникает необходимость численного интегрирования, приводящая к усложнению программы и процедуры численных расчетов. В диссертации рассмотре-

е

ны математические аспекты, связанные с указанной особенностью, разработаны программы для вычисления интегралов, проведено

'.9

исследование их быстродействия.

При реализации общей программы о расчете стыка было проведено исследование сходимости решения задачи по числу собственных волн, учитываемых в согласуемых трактах, и по числу собственных функций, учитываемых в разложении поля ЭМПЛ. Исследование зависимости электрических характеристик перехода от взаимного расположения КЛ и ЭМПЛ, от размеров стыкуемых направляющих систем дало возможность оптимизировать параметры согласующего устройства с точки зрения получения наиболее широкополосного согласования.

В четвертой главе описываются результаты экспериментальной проверки основных теоретических положений, сформулированных в диссертации, алгоритмов й программ, разработанных при ее выполнении. В главе дано метрологическое обоснование проводимых измерений. Описаны процедуры измерения основных электрических характеристик согласующих устройств. Подтверждена экспериментально необходимость регулировки взаимного положения КЛ и ЭМПЛ. Описаны устройства подавления волн ЭМПЛ подполосоч-ного типа, предложенные в процессе выполнения диссертации, которые позволяют значительно расширить полосу согласования КПП. Дано физическое обоснование конструкции этих устройств, рассматриваются принципы их практической реализации. Представлены результаты измерений электрических характеристик устройств подавления. Предложен способ уменьшения зависимости электрических характеристик КПП от взаимного расположения КЛ и ЭМПЛ, основанный на введении в место стыка двух направляющих систем дополнительного согласующего устройства. Дана конструктивная и экспериментальная проработка КПП с дополнительным согласованием. В главе даны практические рекомендации по усовершенствованию КПП, основанные на' комплексном подходе, учиты-20

вавгем как конструктивные,тая и технологические особенности перехода.

На основании расчетов, проведенных при выполнении диссертации:

1. Разработан соосный волноводно-полосковый переход, согласувдий волновод С7,2хЗ,4 км) с ЭМПЯ, подложка которой изготовлена из кзарца Сс=3,82). Переход имеет Кст11СЮ з диапазоне частот 26,3-37 ГГц не более 1,3. Переход является конструктивным элементом транзисторного держателя, используемого з автоматической системе измерения параметров СВЧ-схем. Хроме.того, разработанный переход может быть использован как конструктивный элемент различных функциональных СВЧ-узлоз: смесителей, фильтров, микрсполосковых-аттенюаторов.

2. На основании решения задач, описанных в главе III диссертации, разработаны коаясиально-полссковые переходы для коаксиальных каналов 3,3/1,52мм СЕ36.164.073, ЯНТИ. 434542.041, ЯНГИ. 434542.0423, 2,4/1,042мм С ЯН™. 044; ЯНТИ. 434542.043). Переходы, разработанные на основе проведенных расчетоз, имеют характеристики на уровне лучют отечественны:: и зарубежных образцов.

3. Разработано устройство подавления подполосочзкх болн высших типов, электромагнитное поле которых сосредоточено вблизи боковых стенок экрана ЭМПЛ. На это устройство подана заявка на изобретение, получено положительное решение [Ц].

4. Разработано устройство подавления подполосрчных волн высших типов, которые имеют продольную магнитную составляющую. На это устройство также подана заявка на изобретение и получено положительное решение [12]. Представленные

о

устройства подавления были использованы при разработке КПП на канал 3,5/1,52 мм для расширения полосы согласования

21

последнего. Устройства подавления волн высших типов в. ЭШЛ являются узлами СВЧ широкого применения и могут быть использованы для расширения полосы одномодового ре&има в СВЧ-трактах, содерхацих ЭШЛ С аттенюаторы, микрополосковые нагрузки, усилители и т.д.).

5. Разработан образец усовершенствованного КПП, в котором в области стыка КЛ и ЭМПЛ введено дополнительное согласующее устройство - плоскостная линия, позволившее для коаксиального канала 2,4/1,042 мм упростить технологию монтажа перехода.

6. Пакет прикладных программ для расчета согласующих устройств каталогизирован и вошел в общую систему автоматизированного проектирования СВЧ аппаратуры НИИСА.

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы, даны рекомендации по их использованию.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РА60ТЫ.

1. Разработан алгоритм расчета П-образного волновода -основного элемента волноводно-полоскового перехода. На основе решения задачи о расчете П-волновода обоснован подход к корректному разбиению поперечных сечений направляющих структур при использовании метода частичных областей СМЧ03. Показано, что использование в процедуре МЧО дискретных наборов собственных функций является правомерным только при условии такого разбиения поперечного сечения продольно-регулярной структуры иа частичные области, при котором для кахдо! из этих областей можно сформулировать краевую задачу Штурма-Ляувиляя.

2. Разработана методика расчета ЭМПЛ, оптимальная 1 црааожанви к стыковочным задачам.

22

приложении к стыковочным задачам.,

3. Исследованы структуры полей основной и первой золны высшего типа ЭМПЛ в зависимости от частоты и размеров линии.

4. Разработаны алгоритмы и программы электродинамического расчета базовых элементов согласующих устройств волноводно-полоскового тракта (стыка двух П-волноводоз, стыка П-волковода и ЭМПЛ, стыка КЛ и ЭМПЛ).

5. Создана методика построения обобщенных матриц рассеяния согласующих устройств волноводно-полоскозсго С коаксиально-полоскового) тракта.

3. Усовершенствованы конструкции КПП; Предложены методы подавления волн высших типов ЭМПЛ. Разработаны устройства, позволившие значительно расширить широкополосность КПП.

7. Разработан соосный волноводно-полосковый переход, согласующий волновод (7,2x3,4 мм) с ЭМПЛ, подложка которой изготовлена из кварца (£=3,82). Переход имеет KctUCH) в диапазоне частот 26,5-37 ГГц не более 1,3. Переход является конструктивны?,1 элементом транзисторного держателя, используемого з автоматической системе измерения параметров СВЧ-схем. Кроме того, разработанный переход может быть использован как конструктивный элемент различных функциональных СВЧ-узлоз: смесителей, фильтров, микрополосковых аттенюаторов.

8. На основании решения задач, описанных в глазе Iii диссертации, разработаны коаксиально-полосковке переходы для коаксиальных каналов 3,5/1,52мм (ЕЭВ.164.075, ЯНТИ.434542.С41, ЯНТИ. 434542. 042), 2,4/1,042мм (ЯНТИ. 434542.044, ЯНТИ.434542.043). Переходы, разработанные на основе проведенных расчетов, имеют характеристики на уровне лучших отечественных и зарубежных образцов

9. Пакет прикладных программ для расчета согласующих

23

автоматизированного проектирования СВЧ аппаратуры НИИСА.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РА60ТЫ:

1. Майстренко В.К., Шишков Г.И., Радионов A.A. Расчет коаксиально-полосковых и волноводно-полосковых переходов. Тезисы докладов III научно-технической конференции " Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на ОИС". Суздаль, 1989, с. 44.

2. Майстренко В. К., Радионов А.А. Расчет коаксиально-полосковых и волноводно-полосковых 'переходов. Тезисы лекций, докладов IV научно-технической конференции " Теория и математическое моделирование объемных интегральных схем СОИС) СВЧ и КВЧ". Алма-Ата, 1989, ч. II,' с. 24.

3. Майстренко В.К., Радионов A.A. .Шишков Г.И. Расчет злеме! коаксиально-полосковых и волноводно-полосковых.переходов. Техника средств связи. Сер. РТ, 1990, Вып. 2, с. 7-13.

4. Майстренко В.К., Павлова Г.Д., Радионов A.A. Алторити расчета коаксиального кабеля с неоднородным диэлектрическим заполнением. Тезисы докладов V Всесоюзной школы семинара "Математическое моделирование, САПР и конструк-торско-технологическое проектирование ОИС СВЧ и КВЧ диапазонов". Тула, 1990, с. 25.

5. Майстренко В. К., Радионов A.A. Математическое моделирование коаксиальноеволноводно)-полосковых переходов. Тезисы докладов V Всесоюзной школы семинара " Математическое моделирование, САПР и конструкторско-технологическое проектирование ОИС СВЧ и КВЧ диапазонов". Тула, 1990, с. 26.

6. Майстренко В. К., Радионов А. А., Савченко В. П. Расчет продольно-нерегулярных П-обраэных волноводов. Межвузовский -сборник " Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС'\ Горький: ГГУ, 1990, с. 77-83.

24

7. Майстренко B.K., Радионов A.A. Математическое, моделирование элементов еолноводно-полоскового тракта. Всесоюзная научно-техническая конференция. " Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериметальные исследования." Тезисы докладов. Ленинград, 1991, с. 151

8. Майстренко В.К., Павлова Г.Д., Радионов A.A.' Электродинамические методы решения дифракционных задач.' Всесоюзная научно-техническая конференция " Математическое моделирование я САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемных интегральных схемах СОИСЗ". Тезисы докладов и сообщений. Волгоград, 1991, с. 1S2.

9. Гулин А.И., Майстренко В.К. , Радисноз A.A. .Шишков. Г.И. Электродинамический метод исследования коаксиалько-полосксвого перехода. Техника средстз связи. Сер. РТ, 12S1, Вып. 3, с. 110-115.

10. Майстренко В. К. Научно-технический отчет по ОКР. Создание коаксиальных соединительных элементов и устройств на канал 2,4/1,04 мм с целью расширения диапазона частот коаксиала РИП до 40-50 ГГц. ННИПИ. Н. Новгород. Тема "Эволюция",, 1991, с. 128-133.

И. ГЛайстренко В.К., Радионов A.A. Отчет по НИ?. Расчет резонаторов и волноводных узлов для генераторов СВЧ я миллиметрового диапазона. ННИПИ. Н. Новгород., 1991. N Гос. регистрации H 01825054299, с. 22-47.

12. Гулин А. И. , Майстренко В. К., Раевский С. 5. , Радионов A.A..Шишков Г.И. Устройство для подавления высших мод з ¡.якрополосксвой линии. Положительное . решение !l 4954522/С8 от 22.05.92.

13. Гулин А.И., Майстренко В.К., Раевский С.Б., Радионов A.A.,Шишков Г.И. Устройство для подавления высших мод

25

Рационов A.A..Шишков Г.И. Устройство для подавления высших мод в микрополосковой линии. - Положительное решение N 4954532/0S ст £2.05.92. "

' 14. Майстренко В. К., Радионов A.A. Отчет по НИР. Разработка методов расчета функциональных узлов. С3!-миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. НПК Н H-.Iгород., 1991. N ГосТ регистрации N 18661337G5, с. 24-33.

15. Майстренко В.К., Радионов A.A. Расчет волноводно-по-лосховых переходов. Известия ВУЗов " Радиоэлектроника", 1992, Т35, КЗ, с. 55-59.

10. Майстренко В. К., Радионов А. А. Расче' иррегулярностей в волноеодно-полосковом тракте. Техника теория, математическое моделирование и САПР систе: сверхбыстрой обработки информации на ОИС СВЧ и КВЧ. Лекции доклады, сообщения VI Межрегиональной школы-семинара. Кали нинград, 1992, т. 2, с. 152.

17. Майстренко В.К., Радионов A.A., Электродинамически расчет волноводно-полоскового перехода. Межвузовский сборни " Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС" Н. Новгород: НГУ, 1992, с. 79-85.

18. Майстренко В. К., Радионов А. А. , Раевский С. I Электродинамический метод расчета коаксиально-волноводнох перехода. Радиоизмерительная техника. 1992, с. 41-48.

\