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

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ! УНИВЕРСИТЕТ

!.!аистг=нкс .Владкмзгт

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ СОГЛАСУЩИХ УСТРОЙСТВ ВОЛНОВОДНО - ПОЛОСКОВОГО ТРАКТА

Специальность 05.12.01 - Теоретические основы

радиотехники

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нилнкй Новгород, 1953

. Работа выполнена в Нижегородском научно-исследовательском приборостроительном институте

Ведущее предприятие - НИИЮ /г.Нажняй Новгород/

Защита состоится 4. И 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 "0£_" октября 1993г.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор •

Раевский С. Б. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор 'йкгопюэ В".С.; кгндгдгг технгчеонях наук, о.н.с. Гсмзин Г.Н.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук

А. Н. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В последнее десятилетке наметилась устойчивая тенденция к освоения верхней част:: СЕЧ-диапазона, что потребовало создания и развития его функциональной базы.

Сочетание указанной тенденции с требованиями уменьшения массо-габаритных показателей стимулирует развертывание исследований в области создания функциональных СВЧ-узлов нового поколения, использующих кикрополосковуг, планарную и обьемнув технологии.

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

Эффективное использование этих линий передачи в диапазоне КВЧ и СВЧ обусловлено их высокой надегностьп, устойчивость!) к разнообразным воздействиям, хорошей воспроизводимостьа параметров, низкой стоимостью при массовом производстве, возмог-ностыэ 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 помоцьп коаксиальных и волноводных трактов. В результате всегда существует необходимость сочленения волноводных и коаксиальных трактов с СВЧ-узлаыи, выполненными на основе планарных линий передачи. При этом очень вакно иметь надежные и высококачественные переходные устройства с плоски;', линий передачи на коаксиальные или прямоугольные волноводы.

Расчет элементов согласования волноводно(коакснальнс)-неласкового тракта ( волноводно-полосковых и коаксиально-пс-

лосксзых переходов В1Ш и КПП ) до настоящего времени ведется методами СВЧ-цепей, имеющими суаествешшй 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, происходящие в области •неоднородностей тракта, а, следовательно, к искаженному представлении об их интегральных характеристиках особенно в области высоких частот.

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

. Задачи исследований. Первая задача -разработка алгоритма электродинамического расчета соосного золноводно-полоскового перехода. Решение этой задачи требует электродинамического расчета базовых элементов; образующее переход, исследования их спектра волк и дисперсионных свойств/ Композиция базовых элементов, выполненная на основе метода частичных областей, позволяет произвести расчет и оптимизации перехода в целом.

Вторая задача - расчет коаксиально-полосхового перехода такзе решается с использованием метода частичных областей.

Алгоритмы и программы, составленные на основе указанных дифракционных задач, является 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 кх основу алгоритмов к программ лля расчета, исследования этих устройств, с последутс::;.: включением указанных алгоритмов я программ в ойаую систему автоматизированного проектирования функциональным устройств СЗЧ-диапазсна. -

Научная новизна. В результате выполнения работы :

1) Разработан алгоритм расчета П-образного волновода -базового элемента волноводно-полоскового перехода. На основе решения задачи о расчете П-образкого' волновода уточнен подход к корректному разбиению поперечных сечений электродинамических структур при использований метода частичных областей (МЧО);

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

3) Исследованы структуры полей основной и первой волны высшего типа ЗМШ1;

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

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

6) Предложены методы подавления волн высших типов, возникающих в рассмотренных переходных устройствах: в волноводно-полосковых (ВПП) и коаксиально-полосковых переходах СКПШ;

■ 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 рассиренной полосой согласования, имеюаие электрические характеристики на уровне лучших отечественных и зарубегных 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-III)проверкой закона сохранения энергии Сгл. 1-1II), а такхе сопоставлением полученных результатов с результатами представленными в других работах Сгл. 1-1II). 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 заявкам на изобретения.

Основные положения диссертационной работы обсугдались на заседании региональной секции " Прикладной электродинамики"» на научных семинарах кафедры " Физика" Нижегородского политехнического института.

Пологения. выносимые на задату:

1. Алгоритмы и программы расчета базовых элементов волноводно-полосковых переходов С Л-обраэного волновода и ЭШЮ, 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.

6

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

4. Алгоритма л программы расчета базовых структур волноводно-полосковых переходов (стыка двух П-образных волноводов, стыка П-волновода и ЭМГШ, • разработанных на основе МЧО с использованием кодовой ортогональности.

5. Алгоритм расчета волноводной .вставки-трансформатора, составленный на основе принципа декомпозиции с использованием теории обойденных 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 макрополоскового 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 . 167- страниц основного текста, 75 рисунков, Б. . таблиц, библиографию кз .146 ■ 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 заииту.

Первая глава посвяаена 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 характеристик П-образкого волновода: критических длин волн, фазовых постоянных, амплитудных коэффициентов при собственных функциях. Поскольку известно достаточно много работ, посвященных исследовашш П-обраэного 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 набороз собственных функций является правомерным' только при условии такого разбиения поперечного сечения продольно-регулярной структуры на частичные области, при котором для каждой из зтих областей мозно сформулировать краевую задачу Штурма-Лиувилля. При составлении дисперсионного уравнения проектирование осуществлялось на пространство собственных функций указанных областей.

Далее в главе описывается расчет экранированной микропо-лосковой линии (ЗМГШ. 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, Ю.Н. Алехин и др.: Поя ред. Г.И. Веселова - М.: Высш. шк., 1988 ". 8 .

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

Продольные составляющие векторов Герца в области: I и II (рис. 1) были записаны в виде разложений по собственным функциям этих областей

а-. С13

и=1

где и неизвестные коэффициенты.

Граница раздела между областями I и II (у^, ^< х < с^) 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 О^х^а, и полиномов Чейдова на интервале х< а^ , была получена система линейных однородных алгебраических уравнений ССЛАУ} относительно амплитудных коэффициентов в представлении полей С13. Из условия нетривиальности решений этой системы было получено дисперсионное уравнение собственных волн ЭМПЛ.. 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 (13. Уточнена классификация собственных волн ЭМПЛ. Исследованы структуры их полей, знание которых

дает возможность эффективно решать вопросы возбуждения, филь-

\ '9

грации, 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

ах ау аг

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

Проведенное исследование характера частотной зависимости структуры электромагнитного поля в ЭМПЛ показало, что волна квази-Т имеет волноводный характер, который становится явно выраженным на высоких Частотах. Это говорит о том, что те допущения, которые используется при расчетах СЗЧ-схем в Т-приб-лижении, на высоких частотах должны приводить к значительным погрешностям. Структура поля первой (по порядку следования критических частот) волны высаего типа близка к структуре шля волны ЬМ10 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

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

г =( ^ С*,у)€30ДВСЕГ

1 0 при

при Сх,у')еБ1

оавсег

Алгеораизация полученной из граничных условий С33 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

з г э

г1 г

!л1Р?д % И;

з - з г

г 2 , г

да

■ з. (4)

й

аз

го

3

г

со

г

г

Индексом Е в (4) обозначена принадлежность к Е-волнам, индексом Н - к Н-волнам. Кр и Нд -комплексные коэффициенты отражения, Г^ и Г,.- комплексные коэффициенты прохождения Н и Е

н( е>-1 ( г»>

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-обраэных волноводов была исследована сходимость решения задачи по числу собственных функций учитываемых в записи полей собственных волн, а также по числу самих" 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 наб-лвдается увеличение модуля коэффициента отражения и уменьшения модуля коэффициента прохождения'. Данное явление объясняется. увеличением влияния волн высших типов в верхней части исследу-

волн

соответственно.

системы собственных

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 1%.

Во второй главе диссертации рассматриваются задачи о расчете оконечного каскада ВПП - стыка Л-волновода и ЭМШ1 и волноводно-полоскового перехода в целом.

С использованием численных результатов, полученных при расчете П-образных волноводов и ЭМГЫ 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 FOLK) представляется проведшими волной квази-Т и волнами высших типов.

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

при Cx,;y)eS( при Cx,y)eS.

bfdg

Ятп= Н? при Сх,у^СТ701К

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

j7.Jp; > ^ ]**

ДОЗ** •

•да* -¿да*

В С6) использованы обозначения:

- площадь поперечного сечения ЗМПЛ, - плоаадь поперечного сечения Л- волновода. Индексом Е обозначена принадлез-ность 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, д - число учитываемых при расчете Е-волн в П-волноводе, в - число волн в ЗМПЛ,

учитываемых при расчете. Тд- коэффициенты прохождения волн в

15

ЗМПЯ, е"р, е^,, е° , - собственные функции

поперечного сечения П-волно^ода и ЭМПЛ сответственно.

Приведенная система уравнений соответствует случаю 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 многоыодовом режиме на частотных зависимостях электрических характеристик стыка наблюдаются скачки, положение которых соответствует критически! частотам волн высших типов на которых начинается перекачка энергии из основной волны в распространяющиеся волны «ков типов.

Корректность решения задачи о расчете стыка контролирова-

лась проверкой заполнения закона сохранения энергии. Во всех рассмотренных случаях точность выполнения этого закона сотазляла не долее 1«.

Второй задачей, рассматриваемой в глазе, является дифракционная задача о расчете трансформатора, служааего для широкополосного согласования прямоугольного волновода с экранированной микрополосксвой линией и являющегося основным конструктивным элементом воляоводно-полоскового перехода. Общий вид ступенчатого перехода схематически изображен на рис.К .

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 п сткка П-образного волновода и ЭММ. Процедура составления матриц рассеяния базовых элементов была описана выше. Кагдкй автономный блок С в общем случае - многополюсник ) представлялся в зиде многомодового четырехполюсника, где кааднй жз. четырех входоз имел определенное число "подвходов", определяемое количеством учитываемых при расчете волн. Общая матрица- рассеяния ВПП была ' получена лсак результат последовательного объединения указанных четырехполюсников. КаадыЗ элемент т/атрицы рассеяния представлял матрицу, порядок которой определялся числом волн, учитываемых при решении задачи о стыках дзух П - "олпсзсдсз, П-волновода и ЭМПЛ.

Подбором параметров ступенчатого перехода: перепадов

высот гребней П-образных золзоводоз, длин отрезков рэгуляршсс

П-образных волноводов, сирины гребней, соотношения сирины

гребня и полоска ЭШЛ, высоты гребня оконечного отрезка П-еол-

новода, то есть на основе реоения задачи параметрического син-

17

Рис. 3

1 Бопнэьол.

2 Слупимчопыи 11 »лнсформ это! .1 МПП - пплк!.

id

Рис.

теза определялась конструкция перехода, обеспечивающая заданные характеристики.

Исследование частотных зависимостей основных характеристик перехода показало, что наибольшее рассогласование в волноводно-полосковкй тракт вносит окснечнкй 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 тапоз, возбуждающихся на каждой неоднородности, входящей в согласующее устрсйстзо.

В главе описан принцип составления программы 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 ЗШ1Л. Задача решалась методом частичных областей с использованием условия энергетической ортогональности. Методика решения задачи аналогична той, которая била использована при расчете стыка двух П-волноводов, а также стыка ЭМПЛ и П-волновода. Особенность решения задач:: о расчете стыка коаксиальной линии и ЭМПЛ состоит э следующем: поскольку поля стыкуегшх направляющих систем записываются в различных системах координат, при их сшивании з 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. 3 диссертации рассмотрены математические аспекты, связанные с указанной особенностью, разработаны программы для вычисления интегралов, проведено

19

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 и 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. Лана конструктивная и экспериментальная проработка КПП с дополнительным согласованием. В главе даны практические рекомендации по усовершенствовании КПП, основанные на комплексном подходе, учиты-20

ваюцем как конструктивные,так п технологические особенности перехода.

На основании расчетов, проведенных прл вызолненга диссертации:

■ 1. Разработан сооснкй волноводно-полосковый переход, согласующий волновод (7,2x3,4 мм) с ЗМПЛ, подлсзса которой изготовлена из кзарца (с=3,82). Переход имеет Ксти(Ю з диапазоне частот 25,3-37 ГГц яе более 1,3. Переход является конструктивным элементом транзисторного держателя, используемого в автоматической системе измерения параметров СВЧ-схек. Кроне того, разработанный переход могет быть попользован как конструктивный элемент различных функциональных СБЧ-узлоз: смесителей, фильтров, ¡дихрсполосковых аттеноатороз.

2. На основании решения задач, списанных з глазе III диссертации, разработаны коахсиально-полосковыв переходы для коаксиальных каналоз 3,5/1,52лм (ES6.164.073, ЯНТИ.434542.041, ЯНТИ. 434542.0423, 2.4/1, 042*äi ( ЯН™. Î245Î2. Q44 ; ЯНТИ. 434542.043). Переходы, разработанные на основе проведенных расчетоз, имеют характеристики на уровне лучзсс отечественных и зарубезсшх образцов.

3. Разработано устройство подавления подполосочных вояп высших тнпоз, электромагнитное полэ которых сосродоточеяо вблизи боковых стенок экрана ЗМПЛ. Ка это устройство подана заявка ка изобретение, получено полсгитольноэ решение СИ].

4. Разработано устройство подавления подполосочных волн 2КСШ1Х типов, которые имеют продолънуэ магнитпуо состазлягзуа. На это устройство такго подала заявка па изобретение л получено положительное ропенло [12]. Представленные

о

устройства подавления были использованы при разработке КПП па канал 3,5/1,62 ш для расширения полоса согласования

5/

последнего. Устройства подавления волн высших .типов в/ ЭШЛ являются узлами СВЧ широкого применения и могут быть использованы 'для расширения полосы одномодового регкыа в СЗЧ-трактах, содергадшс ЗМИИ (аттенюаторы, шкрополосковые нагрузки, усилители и т.д.).

5. Разработан образец усовершенствованного КПП, в котором в области стыка КЛ и ЗМПЯ 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 НШСА.

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 (МЧО); Показано, что использование в процедуре МЧО дискретных наборов собственных функций является правомерным только при условии такого разбиения поперечного сечения продольно-регу-ларной структуры на частичные-области, при котором для каждой из этих областей можно сформулировать краевую задачу Штурма-Ляувилля.

2. Разработана методика расчета ЭМШ1, оптимальная в приложении к стаховочным задачам.

22

приложении к стыковочным задачам.

3. Исследованы структуры шлей основной и первой волны высшего типа ЗМПЛ 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-волновода и ЗМПЛ, стыка КЛ и ЭМПЛ).

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

6. 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 ЗМПЛ, подложка которой изготовлена из кварца (¿=3,82). Переход имеет KctUCH) в диапазоне частот 26,5-37 ГГц не более 1,3. _ Переход является конструктивным элементом транзисторного держателя, кспользуе-

. мого в автоматической системе измерения параметров СВЧ-схем. Кроме того, разработанный переход может быть использован как конструктивный элемент различных функциональных СВЧ-узлов: смесителей, фильтров, микропояосковыз: аттенюаторов.

3. На основании решения задач, описанных з главе III диссертации, разработаны коаксиально-полосковыэ переходы для коаксиальных каналов 3,5/1,52мм (E3S.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 образцов5

Э. Пакет прикладных программ для расчета согласующих

23

автоматизированного проектирования СБЧ аппаратуры'НШСА.

ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЩИЕ РАбОТЫ:

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 A.A. Расчет коаксиально-по-лссковых 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. И, с. 24.

3. Майстренко В.К., Радионов A.A. .Шишков Г.И. Расчет элементе 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. Алгоритм 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, 1Э90, с. 25.

3. Майстренко В. К., Радионов А.А. Математическое моделирование коахсяально(волноводно)-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 В.К., Радианов А.А. Математическое моделирование элементов волноводно-полоскового тракта. Всесоюзная научно-техническая конференция. " Сложные антенные системы и и:; 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 и САП? радиоэлектронных и вычислительных систем СЗЧ и К5Ч на объемных интегральных схемах (ОКС)". Тезисы докладов'и сообщений. Волгоград, 1991, с. 132.

9. Гуллн А. И., Майстренко В. К., Радионоз А. А., Ш:1д:ков Г. И. Электродинамический метод исследования коаксиально-полосксзого перехода. Техника средств связи. Сер. ?Т, 1S91, Dim. 3, с. 110-113.

10. Майстренко В. К. Научно-технический отчет по ОКР. Создание коаксиальных соединительных элементов и устройств на канал 2,4/1,04 mi с целью расширения диапазона частот коаксиала РИЛ до 40-50 ГГц. ННИПИ. IL Новгород. Тема •'Эволюция",, 1S91, с. 128-133.

11. ¡¡айстренко В. К. , Рад: îohob А. А. Отчет по КИР. Расчет резснатсроз и волноводных уз леи ' для генераторов СВЧ тт миллиметрового диапазона. КНИПИ. Н! Новгород., 1991. П Гсс. регистрации ïî 01825034299, с. 22-47.

12. Гулин АЛ!., Майстренко В. К., Раевский С.'Б., Радионов А. А., Поисков Г. И. Устройство для подавления высеих мод в мпкропслссксвсй линии. Положительное . реи'енно '! 4S54532/C? от 22.05.92.

о

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

25

гадиоков А.А.,Шишков Г.И. Устройство для подавления высших мод з мжрополосковой линии. Положительное решение N 4954532^09 ст 22. 05.92. .

14. Майстренко 3. К. , " Радионов А. А. Отчет по НИР. Разработка методов расчета функциональных уэлоь СВЧ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн НПИ К. Н::-гсрод., 1991. ]J Гос. регистрации N 1866133755, с. 24-33.

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

IG. Майстренко В. К., Радионов A.A. Расчет нерегулярностей в волноводно-полосковом тракте. Техника, теория, математическое моделирование и САПР систем сверхбыстрой обработки информации на ОИС СВЧ и КВЧ. Лекции, доклады, сообщения VI Межрегиональной школы-семинара. Калининград, 1992, т. 2, с. 152.

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

18. Майстренко В. К., Радионов A.A., Раевский С. Б. Электродинамический метод расчета коаксиально-волноводного перехода. Радиоизмерительная техника. 1992, с. 41-48.