автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Исследование и разработка полосковых фильтров на основе нерегулярных линий передачи

PÍ6 Ой

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИИ новосибирский ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ИНСТИТУТ связи им. Н.Д.ПСУРИЕВА

На правях рукописи

ЧЕГ1УРН0Й Сергей Михайлович

У Л К 621.372.П52

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПОЛОСКОРЫХ ФИЛЬТРОВ НА OCHOF'E НЕРЕГУЛЯРНЫ»! ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Специальность 05-12.07 - Антенны и СВЧ устройства

Автореферат диссертации Hri соискание учкчш'ч стр?пе?ми кзилидят^ наук:

Райота выполнена на кафедре конструирования и технологии радиоэлектронных средств Новосибирского электротехнического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор П.Я*Воронин

Научный консультант - кандидат технических наук,

доие»нг В. Р. Шлее

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Б.П.Петров

кандидат технически* иду**, В.И.Билык

Е'едущег? предприятие указано о решении спец.иализироранного совета«

д Защит* достоится " .............Л , . . , . 1993 г« в

час. на заседании специализированного совета

К 113.07.01 при Новосибирском */1«ктроте>;ничЕ?с:кпм институте свя-ни им« Н.Д.Псурцеаа.

Адр&с! 63-0125, г.Новосибирск-125, ул.Кирооа, 8«Ь.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ............... 199

г

Ун«ный секретарь слеииа-лиэирозанного

повета К 110.697.01, «.т.н., профессор ^—. Е.И.Крук

¡Г" '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одной из важнейших задач радиоэлектроники СВЧ диапазона является совершенствование качественных показателей фильтров, которые являются одними из еакых распространенных устройств в радиотехнических система»: (РТС) , и во многом определяют параметры лоследних в црлом.

Повышение требований к массогаваритиым показателям РТС обуславливает создание и миниатюризации фильтров СВЧ диапазона с применением элементов на базе полосковых и микрополоскоэик линий леоедачм.

фильтры CR4 (в диапазоне частот до 6 ГГц) выполняются, в основном, на отрезка* регулярных линий передачи (РЛП). При1*' относительной простоте проектирования и изготовления эти фильтры часто не удовлетворяют современным требованиям по уровню конетруктиено-технологическим и параметрическим показателей, а именно î '

- Практически есе «гильтры на отрезках РЛП имеют паразитные полосы пропускания (заграждения), что значительно снижает качественные показатели РТС на их основе.

- В большинстве случаев невозможно создание фильтров с большой крутизной АЧХ iнапример КауэровскоЙ АЧХ), что приводит к увеличению числа звеньев и потерь в полосе пропускания.

~ Широко пр*»меняемые при проектировании СВЧ систем фильтры имеют большие ограничения при реализации и «вг>я»отс* нетехнелогичными.

- В фильтра* с непосредственными связями и широкими полосами пропускания требуемые величины зазоров могут быть практически не реализуемы.

- Отсутствие возможности варьирования геометрическим размеров четверть- и попуволноеым резонаторов, что снижает им уровень конструктивной приспособляемости.

Указанны? недостатки в значительной мере могут бы'ь преодолены при проек-тировании ^ильтрор на осноее новой ®чемечтной басы - нерегулярным линиях передачи (НЛП) , т.е. линия : передачи с изменяющимися парам«трамм вдоль нрпрзвяеннч рас мое:гранения »мстгии.

ч -

Однако, нерегулярку» линии передачи н настоящее время при проектировании фильтрующих устройсtq применяются достат очно редко, что можно отменить о i с/тсгвкем хорошо, разработанного математического аппарата, с лож» юс т otc h.il»«3Cthwx математических моделей <МЮ ИЛИ в гюлсскоеом и микрополосковом исполнении, отсутствием у разработчика СВЧ аппаратура náneron прикладных программ <1И)Л>, которые пи;эь<. npD£?>; т мров а ть ^илыры CBS на

основу неразрывности с «емоте-хмкческих и конструктивно-т опс'логических аспо« г с в ироиктиро&ани'Л.

Í аким pop¿Aí?Ohi , создание эффективны/ ММ новой э лемвнтной ¿.азь» на основе НЛП, методов и алгоритмов лроектироеаиия филы-ров с применением НЛП, несомненно, ивляые» актуальном задачей, решение ко юрой б улет споссьствоьать повышению качес тцённых .чирак í еригтик и сокращение времени и затрат на разработку СВЧ фильтров -

Цель работы.

Разработка мет о ¿зов иссл&лоьании и алгори г мое синтеза филь тргэа с применением НИЛ е пол «сковом и мин ро.^юлос новом исполнении, обеспечивающих карлятернстини, олиокие к максималь-но-дост ижимым для конурегной с труктуры Фильтра на основе использования средств и методой автоматизированного ггроектиро-

JB^HHÜ.

Задзчи исследования»

1. Разрайотк.ч математически* моделей одиночной и связанных плавна- ч с í упенчат онерегулярмы.ч линий передачи с paoличными законами изменения погоннь»х параметров , а т *;е математических моделей) зеемьев фильтров.

2. •♦келерисчс'НТАльное исследование фг1ль грующик ceottcit ^ыеньеа Фильтров на основе НЛЛ с точки орения их применимости дня спадения фильтров СБЧ различного нойначения.

3. Разработка методов и алгьритков посекп1рсо;-,чнй ер-.лльгро»' на основе НЛП, позволявшие г

*• проводить расчет и исследование г^раме vpoe оренее» Ф; |льтрев;

- f; kit юпн ять процедуру синтеза структур в» 1нльч {'••-( и опред«.-— пм гь n¿:pave т ры с лс»с rpoe:Hi »>ч мг.-гьи ы,м í:? pea /Tv<r*.-st;<

Фильтров, удовлетворяющих электрическим требованиям технического задания на разработку;

- выполнять диализ предложенных вариантов Фильтров по электрические и конструктивно—топологическим характеристикам с целью выбора иэ им числа оптимального варианте фильтра.

4. Разработка VI реализация математических моделей звеньев фильтров в составе комплекса пакетов прикладных программ (ППП) автоматизированного проектирования лолссковых фильтрон.

5. Проектирование и исследование конструкций Фильтров в диапазона частот 0.1 ,.,6 ГГц с высокими качественными почэза-

4 тулями на основе отрезков одиночных и связанных плавно- и сту-пенчатонерогулярных линий передачи, а также с применением сосредоточенно-распределенных элементов?.

Методы исследования.

При решении поставленных задач использованы* теория матриц, теория цепей с распределенными параметрами, методы вычислительной математики! линейного и нелинейного программирования с реализацией соответствующих алгоритмов на ЭВМ.

Научная новизна.

1- Разработаны математические модели элементов фильтров для ППП на основе одиночных ц связанных нерегулярных линиях передачи с "плавным" и "ступенчатым" законами изменения погонных параметров, которые реализованы с виде программных модулей ППП САПР.

2. Проведены подробные исследования фильтрующих свойств одиночных и связанных плавно- и ступенчатонерегулярных линий передачи симметричного и несимметричного исполнения с различными законами изменения погонных параметров.

3. Разработан метод синтеза множества структурных и конструктивно—тонологических реализаций фильтров различного назначения, удовлетворявших поставленным требованиям к параметрам и технической реализуемости, определены предельны* значения парамтров, обусловленные технологическими ограничениями и показаны методы их преодоления»

4. Сформулированы и реали^о«?диы на ЭВМ алгоритмы исследо-еамиэт качественных по:--а"?ате пей< кот пени «тлят тг_<т основпй

построения математических и физических моделей фильтров СВЧ с применением НЛП» которые используются для построения моделей Фильтров и их ¡звеньев для ППП и САПР.

Предложен инженерный метод и алгоритм определения параметров наиболее перспективны;; ¿а зовы л элементов по заданный частотным характеристикам.

Практическая значимость.

1. Предложенные метод* проектирования позволяют выбрать структурную си ему и получить конструктиинэ-топологоческую реализацию в соответствии с предьяьленными к фильтру треоо©ан*;ями и определить параметры его элементов.

2. РазрешатдннмЛ ППП позволяет проводить исследование и оптимизацию эликгричвских характеристик проектируемого фильтра $ расчет топологии и оптимизации» физической модели.

3- Математические модели элементов Фильтров <£а^оаь'е >лв-ментм) на основе НЛП в рамка* САПР позволяет расширить функциональные возможности последних и сократить сроки и затраты на проектирование малогабаритны* устройств и систем СВЧ на их основе. Область применимости математических моделей огоаничи-вае-тся кеазнстатическим приближением, которое иг пользовалось л^и построении моделей НЛП.

4» Предложенные математические и физические модели, методы и алгоритмы проектирования позволяют проектировать конструкции мало г айаритннх полоскоюых фи ль. трое с высокими качественными показателями е диапазоне частот 0.1 ...6 ГГц, обладают* малыми потерями,

Вклад сштора выражается в постановке р$*да Оечдач, в получении и интерпритации результата« теоретических и экспериментальных игследований фильтрующий свойств етеньев фильтров на основе НЛП, формализации и доведения аадач до программных модулей, разработка и отладке ПИЛ на

Реализации и внедрение результатов.

Научнее» ря?:?ульт«1 гы, полученные в д*;ссерт«шии, используйся при прстедании НИР и ОКР на к*$>едре конструирования и «-е/нс/ю-I ии ралиоале'ктрпниыи (.рсдств (КТРС) Новосибирского электротех-ничетног о ! 1нс тт V г« (НЭТИ). Иат ема гич^скиг? моле?ли »

ментов на НЛП иепользуютсв? в составе ППИ Л Л/С.

Результаты работы используется в учебном процессе Новосибирского электсютеммического института <НЭ'ТИ) , а также на п/о "Е:ега" г«Бердск. Отдельное результаты включены в программу дисциплины "Конструирование СВЧ устройств и экранов", подготовлены мподические указамия аля студентов.

Апробация равоты.

Основные поло*рння диссертационной работы докладывались и обсуждались на постоянно действующих научных семинарах кафедры Конструирования и технологии радиоэлектронных средств, на ежегодным всееоюэным и международных научно—техническим конференция« .

Публикации.

По р рзуль татам выполненных нее ледов«ниЛ опубликоаано 9 работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях, тезисы докладов на всесоюзной и международных конференциях, подготовлена» 2 отчета о НИР,

На защиту выносятся?

1. Математические модели одиночны* и связанных ИЛИ (которые являются базовыми элементами пии проектировании фильтров> с различными Видами нерегулярности.

2. Результаты исследований фильтрующим сэойств базовых эярмечгсэ на основ«? НЛП* 4

3. Метод и алгоритм проектирования структурных и конструктивно- топологическим реализаций полотковых фильтров, которые удовлетворяют поставпенмым требогамиям к параметрам разрабаты-г/зонаг о ус громче та .

4. Метод и алгоритм определения парамртров иаибол??е герегтктивния ("я;зсрн>: »лемеитее па заданным частотным характеристикам.

5. Резу льт а ты ис с. ледова ни я прад^льно-дос гижимых .*»-пектри--чееким параметров полоскоеых НОИ г»ламарно'"* и релье.ьмт' \ с: грукту-ры г. учетом темнплогичс с к и;; еттэ 1

6» Результаты раячзаьгогкм и иггс.пр^^рдии'Я по лоекпеи:? Фильтров г эчдянммм!» ^гар ак 1 ериг. тш<-чин на о с мирр» гггу.пяринм и V

~ ft -

лирных одиночных и связанных линий Передачи с различными видами н(?рвгулярно.гти.

(^груктура и сёъ^м раооты.

Диссертационная работа изложена на 96 страницах машинописного текста * иллюстрируется ¿>1 рисунков, содержит 4 таблицы и состоит но введения, четыре* г лае» заключения, списка испол»-оу«»мых источников и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ааедении дана оба<ая характеристика работы, показана актуальность» темы диссертаци, сформулированы цель и основные оадачи исследования, приведены научные результаты и положения, выносимые на защиту.

& первой глава проведан анализ состояния вопросов разра-

ботки и исследованид конструкций фильтров СВЧ & полосковом и микрополосковом (интегральном) исполнении на основе РЛП и отмечены их недостатки. Показано, что большинство недостатков, сесйст&йнных фильтрам на основе РЛП могут быть устранены приме~ ионием НЛП. Определены направления исследований для достижения поставленной цели,

Рассмслренм пути автоматизации проектирования фильтров C&S на основу использования специализированны* пакетов прикладный программ <ППП>.

При >*» ом t с ушсгсметоды проектирования фильтро© на регулярным и, тем более на нерегулярных линиям пе>р«лачи не учитывают осо*<с-ниастей с кем СЬЧ интегральном исполнении и ммен/г следующие недостатки« ,

1, Отсутствие алгоритма проектирования фильтров на' НЛП, т.е.. невозможность использования всего нног ообраэия коне труктишю-тополог иныекик реализаций.

Трудность априорной оценки реальности поставленных трабпва* ний и той или иной гтруктуре фильтра на ИЛИ»

Трудность со-здания удобным в пепочь'зоманми методик расчета /»¿»рамр грпа з /»¿»ментов иэя^нь.ь-в > Фнль г ров.

4. Ра гаде* пи-имй процесс а проь?ктироа дни я hi с хрмо rerun <tft кчй и

к онструкт орский ? тапы.

5. Отсутствует необходимое программное обеспечение для качвстг?еиного проектирования фильтров, что приводит к большим затратам времени при экспрр» тментальной отработке этих устройств,

СЗтмечается, что важнейшими аддачями при разработке схем Филь тров на НЛП < ос оченно з интегр а льном испо лне>нии) яеляются повышение крутизны скатов АЧХ, расширение области Физической реализуемости требуемых значений ширины полосы пропускания, уменьшение? потерь и габаритов фи'льтров , упрощение им конструкции при заданных требованиях к типу и форме АЧХ. При этом ключевым вопросом проектирования фильтров является выбор оптимальной коне труктивно—топологической реализации, адекватной предъявляемым требованиям. В связи с тем, что 0 настоящее время задача оптимального синтеза фильтров с применением НЛП не может быть решена, наиболее целесообразным является разработка приближенных методов частичного синтеза фильтров, т.е. синтеза составлявших звеньев при заранее выбранной структурной схеме многозвенного фильтра. Поиск оптимальной реализации заключается в сравнении качественных показателей групп схемотехнических и конструктивно—топологических решений, что однако требует создания эффективных алгоритмов исследования качественных показателей звеньев фильтров на оснозе НЛП.

Проектирование фильтров СВЧ в полосковом и микрополосковом исполнении * невозможно без использования автоматизированного проектирования, огновой которого являются пакеты прикладных программ (ППП). Показана необходимость создания моделей фильтров, обеспечивающих идентификацию параметров элементов и расчет матрицы передачи по вектору вхолм».^, параметров.

Отмечается, что суш^стпукчцее программное обеспечение (ППП> не позволяет проводить ка^иствриноэ проектирования филотров, и большинство пакет о« не? предназначены дня эксплуатации на наиболее расрострянемнъ' : и перспективным сформулированы требования к ППП, предназначенному для решения большинства поста?-лпммых выше залам.

Е;торая пэра пес гс р бо"» ке числрнны« и г»нл.гмгии?с-

КИ'г Моделей С ГУПРи-( ?> ГО • и П 1ДР,НОМррг?Г ул^рММУ линий Передачи г

различными типами иррегулярностей в ке? а энст этическом приближении <рИС. 1.>-

Моделью одиночной стулен-<атонерь?гул«рной линии передачи <ОСНЛ'( рис. 1«) в первом приближении *6еэ учета реактивности, обуелоъл&нноК искажением поля е области сьачка) является матрица передачи, записанная как произведение матриц передачи сос-ТАЬЛЯЮЩИХ йСНЛЛ отрезков,

Рассма триг» ая задачу во отором приближении < учитывая реак-тмсность в месте скачка волнового сопротивления) и воспользо-1- гчьшне*» жии&а лент мои с хьгмой р<? активности для р«г» личных ьидое с качкое (мод ил»» и> СЗлин^ра) , наиодмм ее? личину реактивности и вао-дин пппр а&н / w тематическую модель . IhM > с тупенчатоиерегулмр -

ж-'н линии.

1 i';t",i-in."4 Mil пс.носка» одиночны;; и i ¡^ялн l-i'ül.

При сосэ дании моделей одиночным плавмомерегулярчыи линий передачи (ОПНЛП рис. 16) в первом приближении но.*но воспользоваться квазнстатическим приближением или приближенными аналити-чесн'ими методами, основанными на применении- телеграфных ураапени й с переменными коэффициентами, о предположении постоянства

линии только ТЕМ волны.

В работе показан ряд функций перепада полисного сопротивления , для ко горы« существуют точные решения приведенной выше системы уравнений, получены матрицы передачи для таких функций.

При создании математических моделей ОПНЛП во ©тором приближении (с учетом того, что волновое число является функцией продольной координаты) , предполагаете я выбор определенного способа параметризации параметров ОПНЛП, изменяющихся вдоль продольной координаты. Профиль проводника ОПНЛП описывается значениями в L -TbiM отсчетных сечениях ( L « 1,2,».. Л Между отсчегныии сечениями ширина проводника изменяется по линейному закону. Такой еы£ор упрощает создание математических моделей и позволяяг использовать полоски со сложным профилем.

Для получения реальных значений профиля НЛП, рреэку ОПНЛП с постоянным по длин'я волновым числом уЗд сопостовляется экри--валентный отрезок ОПНЛП, волновое число которого fl (я^ зависит

от продольной координаты. Для определения условий эквивалентности отрезки представляются в виде каскадного соединения

Гоччс-г ть гп" #с«мцс" фиоимягкой реалнзащ и данной ма т'гмз r-цчрсктй

P>r,?'l.( И при --»ИГ '>& П ~ . , -70 пог ргЗШИОС'ТЬ fOCT

U1F- 1 ... 1

П пгррпм г и v Л1 "> -'i. н i, при гп^/1'?иии МН с г у г >r> i» ;

вдоль линии и д опушении рас постранения в

TOHtperульриых (ССНЛП рис. lo) и плдцнимерегу«яриын (СПНЛП рис. 1 г) личий передачи 6л.чгодлрт симметрии относительно продольной плоскос ти, мо*но fjocnon^oDüeTbc я методом эр. ркальных от обращений " в; предположении раыенсга*» волнийых чисел для синфазного и про-т>1£»офазноги вс^бу*д<?иий: ~ fi ~ Cüfist . Таким образом,

матрицы передачи CCHjiíí для синфазного и противофазного иозбуж-дений могут быть» записаны произведение мзтриц передачи сос-ССМJífl Dipi2r¿KOk>. ИМ связанны-/! пла&нг>нерегул&"фных линий nt.-pсд^чи в первой приближении могу г бить получень» такхе- на осноьании метода зеркальных отображений.

При создании fl/Ч связанмых ИЛИ ьо втором приближении для ССНЛП испальзованы методы и выралвния, которые применялись для опред&л&ния величины реекти&ности скачка еюлноього сопротивлений ОСНЛП. Дли СПНЛП аналогичном образом учмтыыштг.я иоми«нь?ниэ полисе» чисел вдоль продольной координаты,

t? конца второй главы показан« возможность создан» свяаан-иы.ч НЯГI с свяс-мК) и рассмотрены некоторые физические?

мод&ли рельефимн связанных НЛП. Показаны преимущества тйкии линий по сравнению с планаринми с "г рук турами» при создании высо-кодабротных фильтров СВЧ с малыми потерями.

Третья глава поев»tutu а рваработкь Г1И звемьеь фильтро©% обрaaoiíанных из четыре«— и восьмиполюсников на опноь£? НЛП, игеледое jHkitn их селективны* свойств, разработке методов расчета р,|.фй1метрои a«»£?Hbt?e фильтров.

Для одиночным НЛП со "ступенчатыми" и "плавными" законами измене-»и* волнового сопротивления вдоль длины линии получены зависимости положении на частотной оси нуль-й и полюсов вио^моги» г. о про ТИВЛВНИЯ pükOOMKHyTbíX и КОрОТкОЭ^МКНуТЫХ дву ÍÍ ПОЛЮС НИКОИ при различных инйченяях перепадов волнового сопротивления и р*злич * нык г ooTHf)iUfc?H>iMi-: длин состав льющим 13(Л 1ЯП отрезков. Аналогичные? оеьиеимости получены для ряда "тавн^х" законов и:)*1еменя5| ьзл-нового сгл 1ротив-fit?: »ид при различных ин^мений-; перепадов.

ГрзпнИ1 «анализ резонансный свойств «^дииочнын НЛП с.

р riíí * законами измени ни ¿я погонных плр амь* гроь покатая, что

! r-iOUí^nifí ну.П^Й И ПОЛ PCDtó входного СОПрОТПНЛЙНИЯ НЛЛ-рС'ЗОмйТОрСа

с ''шыннимп" о-* ко» мм и изменения волна в о г о сопротивление не. по i |.4V'»i!-iui C33f>?¡сит or nina »¿тома

- is -

гиперболический и др.). Проведано сравнение в£?личины смещ&ниг» нулей и полюсов в годного сопротивления для резонаторов с "плавными" и "ступенчатыми" законами и отмечено, что для ОСНЛП данный эффект выражен значительно <е 1.3 ,..1.5 раз) сильнее. Так например, при перепадах волновых сопротивлений р * О.J 25 смешение нулей и полисов в модного сопротивления (по сравнению с резонаторами на основе РЛП) составляет 567. для ОСНЛП и 36Vi для СПНЛП.

Проведены исследования селектийних свойств 12 схем сшеньее фильтоов (не гыри/поллсиннов) , образованных из связанных НЛП (восьмиполюсникоо) наложением граничных услоыий <к.з. и к.к.). Представлеиы графические зависимости характеристически;: сопро-Тив/iiiHtirt и АЧХ для различным значений перапздов волновым сопротивлении и коэффициентов связи. Аиглиз эти* сзвисимостей показывает принципиальное отличие формы кривых от аналогичных для звеньев на основе РЛП. Оценены потенциальные» возможности иссле-дованыл звеньев с точки зрения ик применимости в фильтрах СВЧ. Из вс&га многообразия ВЭ выделены наийолзе пе.'рсп^к-тиены{? для создания высококачественных фильтров. Примеры таких F3, ик матрицы передачи и нЧЛ приведены на рис. 2- Из анализ* представлен »ных АЧХ видно, что при определ1?нных знач&ния« коэффициента связи ( Hq ) и перепадов сюлнпоых сопротивлений при синфазном и противофазном возбуждениях i } pQ{J >, может быть получена

йЧХ мпкеимальке плоская в ПП, вблизи которой располагается полюс затухания, который позволяет увеличить крутизну скатов (см. рис. Данное обстойтельство позволяет проектиро-

вать пысокодо*Гротные Фильтры с непосредственными связями с ! - аузрой ской АЧХ„

Рассмотрен процесс проектирования по л оснопр опус какими* in.'.t tpoB шпепфнои структуры с широкими полосами заграждении на ov. нс^е ОСИ ЯП резонаторов , показана возможное ть получения ППф с {.»дине тье мной гюлссой пропускания.

Предложен мет од и ал г с ритм синтеза no w дс т от ней \а аракт ¿5-ристикр» ППФ с непосредственными связями с »■ зуэрпзской АЧХ в гю.иге заграждения (Пг) м чьЛЧл в полое про™

Гу'с.ив^.нгч (ГУМ. На основе р.о лущенных в psiiors аналитически гчц) 1 и грлфннс-в для огфеде л «.-ни я э г.ектрич^ски* параметров

r-Hi'-Hk ri-.' (Ти'ц-ippn, предложенный метод пог-сол^ет с достаточной

ЗВено ППФ

кг =0,4/

L,OS

30

20 to 0

ÍV2

Рое

Звено ППФ

7>/l

«О

t*

1,36 30

• го 10 0

V/ll / 1 \

|\ Роо"0'5 / \

1 1 Рое*0**/ 1 1 / 1

1 1 / 1 1 / ! W, 1

7T/Z Я

•гг. Згт-я фильгрпи îP?) ия orноре г&^заинмч НПГ? ч ну. Л!-'4.'-

9НЧ

V/1 IV/VV

I:

L.06 50

3Ü

20

10 О

Л

L ЗБ 50"

40 30 20 10 О

V

Л

f ,/г~ f : зличн* <р варианты nnjii'îCROF.j i

<Т: • : ¡,< n :t ni htnf>n i:n<M")¿in t n h n.t ! -

- ~

■/очмость» и с малыми затратами машинного времени рассчит ивать параметры звеньев иа осноее НЛП по заданной частотной характеристике и проектировать еысококачественые малогабаритные фильтры СВЧ скрутыми скатами АЧХ и малыми потерями в ПП. Примеры таких фильтров на основе НЛП звеньев решетчатой и грейенчатсэй структуры приведены на рис. 3. Фильтры (см. рис. За) имеют максимально плоскую АЧХ е ПП и Кауэрооскую о ПЗ. Крутизна скатов АЧХ таких фильтров достигает 4... 10 дЕ>/"Л.

Предложены ИМ и конструктивно-топологические реализации еысокодобротных ФНЧ и ФВЧ с непосредственными связями и широкими полосами заграждения (пропускания) на основе распределенных и сосредоточенных элементов, последние при этом определяет нерегулярность звена. Габариты предложенных фильтров в 2...4 раза меньше, чем у традиционным структур. Показано, что фильтры подобного типа (на основе звеньев решетчатой и гребенчатой структуры с сосредоточенными элементами) могут найти примечание в устройствах и системах, работающие э нижней части СВЧ диапазона (рис. 36, е) .

Рассмотрены вопросы физической реализуемости связанных Н.ЯП, получены соотношения, позволяющие оперативно оценить физическую реализуемость. Из этих соотношений определены области допустимых значений перепадов волновые сопротивлений при синфазном и противофазном возбуждениях. Доказана необходимость использования полученных соотношений в ПИП для псрышения качества конструктивно-топологических реализаций разрабатысаг-ммх устройств.

Учитывая актуальность задачи по сокращению затрат машинного времени при расчете топологии с вязанных личин передачи О'П)» представлен быстрый алгоритм расчета конструктивных параметров срязэчния ЛП по электрическим параметрам, сходимость которого не зависит от начальных условий, а скорость расчета выи-н у 3...10 раа по сравнению с традиционными методами.

Рассмотрено рлияний дестабилизирует* факторов , вызванных ппг рси'ностьк» технологии изготовления распределенных элемен-ч-о*» на характеристики ф( |ль трое гс иг лом, и предложены пут и их ум^мь

1УОИИ.Ч.

Чятпгргня г папа посв^щ^на 5?том.Г1 типированиому проек тир овсу-

иин), теоретическому и экспериментальному нее ледованию ряда полоскоеык фильтров, разработанных с помощью ППП на ЭВМ при различны* требованиях к характеристике «затухания.

Представлены расчетные и экспериментальные частотные характеристики фильтров СВЧ различного назначений (ПНф, ПЗф, ФНЧ, фВЧ) . Результаты экспериментальным исследований показали применимость и достаточно высокую эффективность использованного а диссертационной работе подхода к проектирования» еысокодоброт-ных сеярктиаиых структур, реализуемых на основ© НЛП (рис. 3).

Результаты проектирования показали высокий уровень качественны« ппкаезател«^ и.хорошую технологичность фильтров на основе одиночны« и связанный НЛП, а исследование их ММ для ППП - высокую эффективность этих моделей. Разработанные фильтры отличаются от традиционный структур на основе РДЛ более? крутыми скатами АЧХ, меньшими потерями в ПП и и меньшими габаритами.

& заключении подведены итоги диссертационной работы, сформулированы основные полученные результаты.

& приложениях приведены протоколу машинного моделирований разработанных фильтров СВЧ и акты, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели одиночных и связанный отрезков НЛП с различными "плавными" и "ступенчатыми" законами изменения погонныч параметров. Данные ММ представляют собо*1 матрииы передачи исследуемых звеньев фильтров и являются набором базовым элементов ЛПП САПР.

7. Исследованы резонансные свойства и потенциальные возможности звеньев фильтров из одиночный и связанных НЛП с точки премия ил применимости для проектирования высококачественный фи^ьтро* СВЧ с еЗольчюй крутизной скатов АЧХ, малыми потерями и габаритами.

Провод он сравнительный аналигэ регзпнанеч 'и;* с роиста орет рг Фи пь I р. 'Я с р аз личным; I 1йми измене) ши по^онн^к пара--*

МЕМрОН НЛП И ДЛ-'Ч) рРЬ'ПМРНДсИЛ)И НО НЬ'бпру ЗеК'ПЧЛ» И;5МРНГ-Н»!«м вол-

нового сопротивления в зависимости от назначения и требуемых электрических характеристик проектируемых фильтров.

4» Разрайотан простой и достаточно томный метод проектирования фильтров по заданным харакгеристикам, основанный на использовании полученных аналитических выражений и графиков, а так.#е предложены методу, упрощающие расчет и сокращающие затраты машинного времени. Данный метод позволяет проектирпват».-конструкции технологичных селективных ус тройств с высокими электрическими характеристиками.

5. На основе результатов теоретически): и экспериментальных иссл&аоваий создан пакет прикладных программ автоматизиоованно-го проектирования фильтров СВЧ на основе НЛП, который позволяет выполнять весь процесс проектирования фильтров, а именно: составлять формализованное задание для анализа и синтеза многозвенных фильтров, получать разнообразные частотные характеристики проектируемого устройства, оперативно изменять исходные данные в диалоговом режиме, проводить расчет топологии, параметрическую оптимизацию математической и физической моделей фильтра, а также формировать протокол анализа и синтеза с выдачей результатов в*виде таблиц и графиков на печать. Применение ППП позволяет ускорить проектирование фильтров СВЧ и одновременно повысить его точность. ППП реализован на базе операционной системы Р5Х~11М.

6. Доказала целесообразность построения полосковых фильтров на основе овены»в из одиночных и связанных НЛП с целью улучшения комструктмяно-технологических показателей и электрических характеристик селективных .устройств а именно, возможность варьирования длиной резонаторов, величиной зазора в СНПП, устранять паразитные ПП, кратные основной гармонике, упростить согласование с подводящими линиями и др.

7. Разработаны и исследованы конструкции Фильтров СВЧ различного назначения на основе одиночные и связанных нерегулярных линий и сосредоточенных элементов, Показано хорошее соответствие? теоретических и экспериментальных характеристик, а также преимущество конегрукций на осноее НЛП по сравнение с фильтрами на РЛП; «5оле<? крутые? скаты меньшие потери в ТН1< м с мычи*? г а«:\арити. *

Ос-нойные? положения диссертации опубликованы в работах»

1. Поранин М.Я., Поспелов А.Н. , Чепурной С.М. Микроволновые устройств а нового поколения. //Конструирование и технология радиоэлектронных средств. /Новосибирский электротехнический институт. Новосибирск, 199U, с. 57-62.

2. Воронин М.Я. , Шмндтлгйн Л.Р., Поспелов А.Н. . Чепурной С.ft. Улучшение энергетики телевизионных радиопередатчиков на ЭВП /Тез. докл. всесок>з. НТК "Актуальные проблемы электронного npnoDpocгроения." Е'МТО РЭС им. А.С.Попова. - Новосибирск, ЮТИ, 17-19 апреля 1990.

3. Шнидтлейн А.Р., . Чепурной С.М., Шлее Б.р. Широкополосные й.ильтры СВЧ на основе ступенчато-нерегулярных линий передачи. //Тоуды иеждународной НТК "Акуальные проблемы электронного приборостроения." т.З. Измерения в радиоэлектронике. - Новосибирск, 1992. -с. 166-17В.

4. Чепурной С.М. , Шлее В.Р. , Шмидтлейн А.Р. Полоснппропускаю-щие фильтры на связанных плавнонерегулярных линиях. //Труды международной НТК "Актуальные проблемы электронного приборостроения." т.З. Измерения в радиоэлггктронике. -• Новосибирск, 1992. -с. 162-165.

5. Чепурной С.М., Шлее В.Р., Шмидтлейн А.р. фильтры на связанных ступенчато-неоднородных линиях передачи. -- Электронная техника. Сер. 7, Технология, организация производства и оборудований, 1992, выл. 3(172), с.64-67.

6. Чепурной С.М. , Голиков В.К. Программа анализа фильтров СВЧ на связанных неоднородных линиях. - Электронная техника. Сер.7, Технология, организация производства и оборудование, 1992, вып. 3(172), с.63-64.

7. Теоретическое и экспериментальное исследование и разработка конструкций широкополосных элементов, узлов СВЧ для радиотехнической аппаратуры различного назначения: Заключительный птчут. .' Новосибирский электротехнический институт! научный руководитель, работы И.Я.Воронин. -Г.р. 01 86Й054423 , Н:ш. Ц2С/МИ07545, 19S9.

В. Разработка инженерны» методов расчета микроволновых

устройств на основе нерегулярных линий. Методы анализа одиночных и связанных нерегулярным линий передачи! Отчет. / Новосибирский электротехнический институт; научный руководитель работы М.Я.Воронин. - Г.р. 01920013825, 1992.

\л/огол1п И. I., РЕ.(тк1/ 1.&., Розре£оУ Л/V., СЬеригпо; 5.М. М1его\</ауе Еа$ег-соп1го£6есI devite.s.//Е/13Т-и/ЕвТ 1*/огкскор оп Мскъое^есЬгопСк $епзог$. /¡вэЪгасЬ Мау 7-9, 1991, Эозор1, Ьа1^аПа.-р. 69.