автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Исследование перспективных схемно-конструктивных решений для антенно-фидерных устройств и фильтров СВЧ диапазона

004604343

На правах руквдшси

Бабушкина Ольга Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СХЕМНО-КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ АНТЕННО-ФЙДЕРНЫХ УСТРОЙСТВ И ФИЛЬТРОВ СВЧ

ДИАПАЗОНА

Специальность: 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 о июн 2010

Санкт-Петербург - 2010

004604848

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Головков Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Вендик Ирина Борисовна кандидат технических наук Федотов Анатолий Николаевич

Ведущая организация: ОАО Научно-технический центр «Завод ЛЕНИНЕЦ»

Защита диссертации состоится «_3£» -и^о_2010 года в /2. Зо

часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » ^ с/ _2010 года.

Учёный секретарь совета по защите ^^

докторских и кандидатских диссертаций Х//у Баруздин С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Разработка излучающих, фильтрующих и волноводно-фидерных СВЧ устройств представляет комплекс сложных задач, решение которых требует дальнейших исследований, особенно, в свете необходимости уменьшения габаритов этих устройств, например, за счет использования фракталов.

Во многих радиотехнических устройствах используются электрически малые антенны (ЭМА), расположенные над проводящим экраном ограниченных размеров. Большинство пределов для характеристик ЭМА получено при допущениях свободного пространства или бесконечного экрана. Представляется актуальным проверить справедливость этих соотношений для одно и многовитковых рамочных антенн, в том числе фрактальных, расположенных над экраном ограниченных размеров, найти тенденции изменения характеристик излучателя в зависимости от расстояния до экрана, разработать методы быстрой оценки резонансных частот и оптимизации параметров фрактальных рамочных излучателей.

Представляется важным найти и исследовать структуры на отрезках линий передачи, которые, подавляя паразитные полосы пропускания в полосовых СВЧ фильтрах, одновременно являлись бы резонаторами полосового фильтра или имели бы вне полосы задерживания постоянное и вещественное входное сопротивление. Представляет также интерес оценить возможности подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ, выполненных на основе фрактальных резонаторов.

Традиционные конструктивные решения для изгибов прямоугольных волноводов в фидерных трактах СВЧ не являются удачными с конструктивно-технологических точек зрения. В связи с этим становится актуальной задача поиска новых конструктивных вариантов исполнения изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях на различные углы, которые при простоте изготовления обладали бы хорошими характеристиками передачи.

Решению всех перечисленных выше актуальных для настоящего времени задач и посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель работы и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключается в разработке теории, методов проектирования и исследовании характеристик печатных фрактальных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном ограниченных размеров, разработке методов подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ, поиску новых решений для элементов волноводных фидерных трактов СВЧ.

Для достижения этих целей необходимо было решить задачи:

- исследовать иммитансные и поляризационные характеристики фрактальных одно и многовитковых рамочных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров и сравнить их с предельными показателями, определенными из геометрических размеров излучателя;

- разработать быстродействующие методы анализа резонансных частот и иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн;

- определить предельные характеристики согласования в полосе частот фрактальных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном;

- разработать методы подавления паразитных полос пропускания в СВЧ полосовых фильтрах за счет использования ФНЧ и ПЗФ структур, открытых и замкнутых фрактальных резонаторов;

- разработать новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов и инженерные методики оценки их конструктивных параметров.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовался аппарат анализа цепей с сосредоточенными и распределенными постоянными, теория матриц, аппарат математического анализа и численные методы. Имитационное моделирование СВЧ устройств выполнено с использованием прикладных пакетов MathCAD, Microwave Office, Ansoft HFSS, CST Microwave Studio. Проверка теоретических положений выполнялась экспериментально.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Исследованы эффекты изменения добротности одно и многовитковых печатных рамочных излучателей, в том числе фрактальных, в зависимости от расстояния до проводящего экрана ограниченных размеров. Определены пределы применимости соотношений для определения добротности антенны по ее геометрическим размерам. Получены предельные соотношения для согласования полноволновых и укороченных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном.

3. Предложен эффективный метод расчета резонансных частот и иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн, расположенных параллельно проводящему экрану.

4. Предложена, защищенная патентом, новая структура миниатюрной многочастотной многослойной антенны.

5. Предложены новые структуры на основе Т-линий, обладающие характеристиками ФНЧ или ПЗФ с большой полосой задерживания, выполнен их анализ и показана возможность использования для подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ.

6. Показано, что резонансные частоты открытых и замкнутых фрактальных резонаторов не кратны и это свойство можно использовать для создания узкополосных фильтров СВЧ с подавлением паразитных полос пропускания в широких интервалах частот.

7. Предложены новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях, получены аналитические соотношения для их расчетов.

Основные положения, выносимые па защиту:

1. Возможность определения по размерам радиальной сферы добротности одновитковых рамочных антенн квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков и расположенных параллельно проводящему экрану ограниченных размеров, когда расстояние до экрана превышает И>Х/4. При уменьшении расстояния до экрана добротность рамочных антенн резко возрастает и определять её по геометрическим размерам антенны нельзя.

2. Независимость добротности двух и трехвитковых рамочных антенн квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и

второго порядков от расстояния до экрана. Добротность многовитковых рамочных антенн в 3-4 раза выше, чем у соответствующей одновитковой.

3. Неэквидистантность расположения резонансных частот фрактальных открытых и замкнутых резонаторов на основе Т-линий передачи.

4. Возможность согласования изгибов прямоугольного волновода в Е-плоскости с помощью металлической пластины, расположенной параллельно узкой стенке волновода, а в Н-плоскости - с помощью индуктивных штырей.

Практическая ценность новых научных результатов. В диссертационной работе показана возможность создания печатных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном ограниченных размеров, имеющих минимальные габариты, позволяющие инкорпорировать их в мобильные телефоны для приема сигналов цифрового телевидения.

Предложенная методика расчета резонансных частот и импедансов фрактальных резонаторов и рамочных антенн на основе схемотехнического приближения обладает высокой вычислительной эффективностью и позволяет за короткое время оптимизировать эти устройства.

Предложенные и исследованные в диссертации структуры на основе линий передачи с Т-волной с характеристиками ФНЧ и ПЗФ эффективно подавляют паразитные полосы пропускания фильтров на высоких частотах.

Предложенные в работе новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях на 90° и 135° отличаются простотой конструктивного исполнения и хорошими частотными характеристиками.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы получены в процессе выполнения трех хоздоговорных и трех госбюджетных НИР в 2004 - 2009 г. на кафедре РЭС СПбГЭТУ (ЛЭТИ), а также при выполнении в 2006 - 2008 г. научной работы по международному контракту №МПЛ-18/МК от 20.04.06г. "Development of Antennas for Mobile Phones" (Contract agreement between LG Electronics INC. (LGE) and St-Petersburg Electrotechnical University). Материалы диссертации использованы в научных разработках кафедры, в учебном процессе, в ОАО «АРГУС», в ЗАО «Транстроника» и в ОАО НТЦ «Завод ЛЕНИНЕЦ».

Апробация работы. Основные теоретические и практические положения работы докладывались и обсуждались на 7-м и 8-м Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии ЭМС (Санкт-Петербург, 2007, 2009), 14-й, 15-й, 16-й, 17-й, 18-й и 19-й Международных конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», (Севастополь, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009), на 2-ой международной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2008г), а также научно-технических конференциях профессорского - преподавательского состава СПбГЭТУ (ЛЭТИ) в 2005-2010 г.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 14 статьях и докладах, из них по теме диссертации 14, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 статьи в других изданиях. Доклады доложены и получили одобрение на 8 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях, перечисленных в конце автореферата. Основные положения защищены 1 патентом, решение о выдаче патента получено 24.02.2010.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, 1 приложения и списка литературы, включающего 109 наименований. Основная часть работы изложена на 182 страницах и содержит 199 рисунков и 5 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемых проблем, сформулирована цель диссертационной работы и её основные задачи, определена практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе приводится обзор теории ЭМА, для которых

выполняется условие ка < 1, где к = — - волновое число, X - длина волны, а

- радиус условной сферы, охватывающей максимальный размер антенны-диполя. Рассматриваются пределы добротности для ЭМА в свободном пространстве и над бесконечньм проводящим экраном и их связь с параметром ка. Показано, что в случае ориентации ЭМА параллельно поверхности экрана добротность антенны возрастает и зависит как от параметра ка и расстояния до экрана к, так и а - угла между направлением диполя и тангенциальной плоскостью. Из приведенных результатов делается вывод, что для расчета достижимых значений добротности следует учитывать все нюансы распределения токов в антенне и экране, что затрудняет аналитическое решение задачи при конечных размерах экрана.

Рассматриваются характеристики относительно нового класса ЭМА -фрактальных дипольных двумерных и трехмерных деревьев и фрактальных рамочных антенн.

Описаны достоинства и недостатки различных методов подавления паразитных полос в полосовых фильтрах СВЧ на основе линий с Т-волной.

Приведены существующие способы согласования изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях, рассмотрены их достоинства и недостатки.

На основании анализа приведенных в первой главе обзорных материалов определяются задачи исследований в диссертационной работе.

Во второй главе приводятся результаты электродинамического моделирования ряда одно и многовитковых квадратных и фрактальных печатных полноволновых рамочных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров на различной высоте А и приводится сравнение их характеристик с характеристиками одиночной рамки в свободном пространств и над бесконечным экраном.

Сравнением значений добротностей рамочных антенн по результатам моделирования с предельными добротностями, определенными по величинам ка, И и а показано, что предельные добротности одновитковых полноволновых рамочных антенн квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков, расположенных параллельно проводящему экрану ограниченных размеров, могут быть

определены по геометрическим размерам, когда расстояние до экрана составляет К>Х/4. При уменьшении расстояния до экрана добротность одновитковых рамочных антенн возрастает тем больше, чем меньше значение А (при близких расстояниях примерно на порядок) и использовать предельные соотношения из теории ЭМА нельзя. Определены ограничения рабочих диапазонов частот рамочных антенн для приема сигналов цифрового телевидения в мобильных телефонах.

Показано, что параллельный экран ограниченных размеров ухудшает поляризационные свойства рамочного излучателя, причем форма диаграммы направленности искажается тем больше, чем меньше расстояние до экрана.

Анализ результатов моделирования показал, что добротность двух и трехвитковых рамочных антенн квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков, практически не зависит от расстояния до экрана и оказывается в 3-4 раза выше, чем у одновитковых рамочных антенн. Исследовано влияния экрана на поляризационные характеристики многовитковых фрактальных рамочных антенн.

Результаты моделирования подтвердили, что все указанные выше закономерности для рамочных фрактальных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров, сохраняются и в СВЧ диапазоне.

Для фрактальных рамочных антенн в диссертации разработан метод расчета резонансных частот, входных импедансов и элементов электрической модели. Сущность метода заключается в представлении печатной фрактальной антенны над проводящей плоскостью в виде каскадного соединения одинаковых структур из модели изгиба проводника микрополосковой линий передачи на угол, определяемый типом фрактала, и симметрично подключенных соединяющих изгибы одинаковых отрезков микрополосковой линии. Это позволило определить полную матрицу А-параметров всей фрактальной антенны в виде степени матриц передачи [а] для элементарной структуры и привести её к виду:

(ап + ^п-Л"

г л/а,,2 -

л/ЯП2 ~ 1 «12

«21 >/«1 I2 - 1

2-^/а

2

11 '

-т/а,,2 -1 а,2

«21 ~\/ап2 " 1

где аи, ап, и - элементы матрицы [а] для элементарной структуры фрактальной рамочной антенны, п - количество элементарных структур.

Входной импеданс рамки определяется соотношением: 2 - (Л„-1)2

£/вх — Г Л|2 ,

л21

где - элементы матрицы эквивалентного фрактальной рамке

замкнутого четырехполюсника, которые определяются выражением (1).

Полученные соотношения позволили разработать в среде МаЛСАБ алгоритм для расчета и оптимизации частот резонансов и входного импеданса фрактальной рамки над плоскостью без электродинамического

моделирования. На основе этого алгоритма были выполнены расчеты 2ех для ряда фрактальных рамок. Например, для рамочной антенны на основе фрактала Минковского первого порядка с габаритами 34x34 мм2, расположенной над проводящей плоскостью и выполненной на пленке из лавсана толщиной 100 мкм, имеющей ширину проводника IV = 2 мм, высоту над экраном Ъ = 1 мм были получены резонансные частоты: 0,933 ГГц, 2,8 ГГц, 4,663 ГГц, 6,517 ГГц. При электродинамическом моделировании данной антенны получены резонансные частоты для рамки равные: 0,92 ГГц, 2,75 ГГц, 4,54 ГГц, 6,334 ГГц, то есть резонансные частоты хорошо совпадают.

На основе полученных в работе Ь-С-Я электрических моделей рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном, в диссертации были определены предельные характеристики согласования антенны в полосе частот. Показано, что для полноволновых и укороченных рамочных антенн предельное значения равномерной в рабочей полосе частот характеристики коэффициента отражения на входе согласующей цепи определяется одинаковым соотношением:

-2я-

I пред

> е

где <2„ =

Я„

ар-1р

добротность рамки на частоте резонанса тр, /? =

СОп

ап

5 = ——— - относительный рабочий диапазон рамочной антенны, соо -

центральная частота рабочего диапазона, Ьр - индуктивность Ь-С-Я электрической модели рамки, Я.р - вещественная составляющая импеданса.

Эти соотношения позволяют связать с номиналами элементов модели рамочной антенны минимально возможный уровень модуля коэффициента отражения /Б(со)/ на входе пассивной недиссипативной согласующей цепи при заданном рабочем диапазоне частот А со и со0.

В данной разделе также описан и промоделирован защищенный патентом оригинальный вариант миниатюрной многодиапазонной антенны, который основан на новом принципе заполнения многослойного пространства проводником и может использоваться как антенный элемент в

устройствах мобильной связи, а также в других случаях, когда требуется антенна минимальных габаритов. Структура антенны показана на рис. 1.

В третьей главе исследуются структуры полосовых фильтров, в которых подавление паразитных полос пропускания осуществляется за счет частотно-избирательных элементов фильтра, имеющих характеристики по типу ФНЧ, либо ПЗФ с широкими полосами задерживания, а также фильтров на основе фрактальных резонаторов. Одна из предложенных структур, показанная на рис. 2, имеет характеристику ФНЧ с широкой

Рис. 1. Структура миниатюрной антенны.

полосой задерживания и может служить резонатором в полосовых фильтрах, при этом одновременно осуществляя подавление паразитных полос пропускания.

Ъ\

а) б)

Рис. 2. Схема (а) и топология (б) ФНЧ структуры. Из полученного в работе выражения для коэффициента передачи данной структуры было найдено, что частоты нулей коэффициента передачи цепи определяются условием:

2 ■21

где в - электрические длины линий, 2 параметры понятны из рис. 2.

Выполненный анализ показал, что цепь будет иметь в полосе задерживания три нуля передачи. Задача поиска оптимальных параметров такой структуры в диссертации была решена для двух случаев: параметры цепи выбирались из условия, чтобы нули коэффициента передачи цепи |&/| совпадали с паразитными полосами частот полосового фильтра, на частотах второй, третьей, четвертой кратности, либо выбирались из условия максимальной ширины полосы задерживания цепи.

Рассмотренная ФНЧ структура может послужить основой для построения ПЗФ структур с периодическими полосами задерживания, включаемых каскадно с основной схемой фильтра для подавления паразитных полос пропускания на высоких частотах. Схема полосно-запирающей структуры и пример её характеристики показаны на рис. 3.

1 1

^[2,11 Schematic 1

Graph 2

1 U \J v/v i W\J 1—l- i j V/

I ! ; i f-l

01 —I— m N\

0.5 1 1.5 2 25 3 3,5 4 4.5 Frequency (GHz) 5 5.5 6

a)

6)

Рис. 3. Схема ПЗФ структуры (а) и пример характеристики |52/[ (б). В работе анализируется коэффициент передачи ПЗФ структуры рис.За и определяются положения двух групп нулей, частоты которых определяются уравнениями:

сщв

1 -tg1

- = 0

|А* - 2{2гое-Ъгоо)1£2в + (Ъ2ое - ггоо)^9 = о

Показано, что нули передачи первой группы соответствуют частотам, на которых электрическая длина разомкнутых отрезков линий передачи равна:

0 = ^ = (2л+ 1)£,я=0,/....«> /О 2

где /о _ резонансная частота, на которой электрическая длина разомкнутых отрезков линий передачи равна -тс/2.

Нули передачи второй группы будут располагаться симметрично относительно нулей передачи первой группы и появляются только при

2

достаточно сильно связи линий: —— >2,8 (см. рис. 36).

00

Предложена новая ПЗФ структура, содержащая балластный резистор, благодаря чему в промежутках между нулями передачи входное сопротивление цепи постоянно, вещественно и близко по величине к 50 Ом. Выполнен анализ этой структуры, получены соотношения для оптимальных значений параметров цепи.

Разработан аналитический метод и алгоритм расчета резонансных частот фрактальных Х/2 открытых и Л замкнутых резонаторов. Показано, что резонансные частоты у фрактальных резонаторов не кратны, что при выполнении фильтров на их основе позволяет подавить паразитные полосы пропускания. Предложены кольцевые резонаторы квазифрактальной структуры с сильно неэквидистантным расположением резонансных частот.

Четвёртая глава диссертации посвящена вопросам разработки новых конструкций изгибов прямоугольного волновода в Е- и Н-плоскостях на углы 90° и 135°. Сущность предлагаемых в диссертации конструкций вояноводных изгибов поясняется на рис. 4.

Для определения оптимальных размеров согласующих пластин и штырей использовалось многократное моделирование волноводных изгибов в пакетах Ansoft HFSS и CST Microwave Studio. Моделирование проводилось для волноводов диапазонов S-K, имеющих сечения соответствующие отечественным стандартам, а также волноводов английского стандарта.

Результаты моделирования позволяют сделать вывод, что для волноводных изгибов можно рекомендовать симметричное расположение согласующих элементов, а для их геометрических размеров были получены простые инженерные соотношения.

t

а)

б)

Рис. 4. Изгибы прямоугольного волновода в Е-плоскости (а) и Н-плоскости (б) под 90°.

Также в этой главе излагаются результаты разработки конструкций двух типов коаксиалыю-волноводных переходов (КВП) для волновода сечением 72x34 мм2 (диапазон частот 2,59-3,94 ГГц).

Пятая глава содержит результаты разработки и экспериментальных исследований двух малогабаритных фрактальных антенн (печатной рамочной фрактальной антенны и антенны на основе фрактального дерева) для приема на мобильный телефон сигналов ТТ)МВ (174-240 МГц) диапазона, разработанных по международному контракту и успешно испытанных на фирме ЬвЕ на реальных сигналах. Приведены также результаты разработки и экспериментальных исследований укороченной рамочной антенны диапазона 100-500 МГц над экраном ограниченных размеров, разработанной по заказу промышленности.

Приведены результаты разработки и экспериментальных исследований полосовых микрополосковых СВЧ фильтров, в которых паразитные полосы пропускания подавлены за счет использования предложенной в диссертации структуры ФНЧ с широкой полосой задерживания.

На основе полученных в главе 4 результатов были разработаны и проверены экспериментально изгибы прямоугольных волноводов на 90° сечения 72x34 мм2 и 23x10 мм2в Е- и Н-плоскостях.

Приведены результаты экспериментальных исследований двух коаксиально-волноводных переходов на диапазон частот 2,6-3,95 ГГц. Выполнено сравнение их характеристик с характеристиками промышленного измерительного КВП и показано, что разработанные в диссертации имеют лучшие характеристики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Определены закономерности изменения предельных добротностей одновитковых и многовитковых рамочных антенн квадратной форм, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков, от высоты расположения над параллельным проводящим экраном ограниченных

размеров. Получены предельные соотношения для согласования полноволновых и укороченных фрактальных рамочных антенн.

2. Исследованы уровни ортогональных и кроссполяризационных составляющих у одно и многовитковых рамочных антенн квадратной форм, а также, выполненных на основе фракталов различных порядков и расположенных над экраном ограниченных размеров.

3. Разработан метод расчета резонансных частот и иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн, расположенных параллельно проводящему экрану, обеспечивающий достаточную для практики точность.

4. Предложена, защищенная патентом, новая структура многослойной многочастотной миниатюрной антенны.

5. Предложены и выполнен анализ структур на основе связанных Т-линий, которые могут использоваться как резонатор СВЧ фильтра, и одновременно обладающих характеристиками ФНЧ или ПЗФ с большой полосой задерживания для подавления паразитных полос пропускания.

6. Выполнен анализ резонансных частот открытых Х/2 и замкнутых Л фрактальных резонаторов и показано, что эти частоты расположены неэквидистантно, что может быть использовано для подавления паразитных полос пропускания в СВЧ фильтрах. Предложены квазифрактальные структуры замкнутых резонаторов, у которых неэквидистантный разнос резонансных частот существенно выше, чем у стандартных фрактальных.

7. Предложены новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях, отличающиеся простотой конструктивного исполнения и хорошими частотными характеристиками, получены простые аналитические соотношения для основных конструктивных параметров.

8. По результатам теоретических исследований выполнена разработка и экспериментальные исследования миниатюрных фрактальных антенн, полосовых фильтров с подавлением паразитных полос пропускания и изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях, внедренных на отечественных и зарубежных (ЬвЕ) предприятиях.

Опубликованные научные работы по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бабушкина O.A., Головков A.A. СВЧ полосовые фильтры с подавлением паразитных полос пропускания // Вопросы Радиоэлектроники. Сер. "Радиолокационная техника". 2008. №4. С. 51-59.

2. Бабушкина O.A., Головков A.A. Новый тип конструкции изгиба прямоугольного волновода //Вопросы Радиоэлектроники. Сер, "Радиолокационная техника". 2008. №4. С. 34-42.

3. Бабушкина O.A., Головков A.A., Ручьев В.И. Упрощённый метод проектирование и оценки иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн // Проектирование и технологии электронных средств. 2008. № 3. С. 62-66.

и в других изданиях:

4. Бабушкина O.A., Головков A.A., Мамруков A.B. Характеристики согласования рамочной антенны, расположенной на конечном проводящем экране // Известия Высших учебных заведений России. Сер. "Радиоэлектроника". 2007. №3. С. 12-18.

5. Бабушкина O.A. Новые конструкции полосно-запирающих фильтров для СВЧ радиотрактов // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". Сер. "Радиоэлектроника и телекоммуникации". 2009. №9. С. 3-12.

6. Решение о выдаче патента на полезную модель РФ № 2010100231/22(000296) / Бабушкина O.A., Головков A.A., Молодцов Д.И. Малоразмерная многодиапазонная антенна; 24.02.2010.

7. Фрактальные антенны для приема сигнала TDMB диапазона / Бабушкина O.A. // Молодежь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникации «РТ-2006»: Труды Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Севастополь, 17-21 апреля 2006, С. 66.

8. Влияние экрана ограниченных размеров на характеристики рамочной антенны / Бабушкина O.A., Белодед В.И., Головков A.A., Мамруков A.B.,

Пивоваров И.Ю // СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии: Труды 16-ой международной крымской конференции, Севастополь, Украина, 11-15 сентября 2006г. С. 447-448.

9. Фрактальные антенны для приема телевизионного сигнала метрового диапазона / Бабушкина O.A. //ЭМС: Труды 7 международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 26-29 июня 2007г. С. 209-211.

10. Микрополосковые полосовые фильтры с подавлением паразитных полос пропускания / Бабушкина O.A., Головков A.A., Пивоваров И.Ю.//СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии: Труды 17-ой международной крымской конференции, Севастополь, Украина, 10-14 сентября 2007г. С. 504-505.

11. Новый тип конструкции изгиба прямоугольного волновода/Бабушкина O.A., Николаев П.В., Ручьев В.И. // Современные проблемы радиоэлектроники: Труды 2-ой международной научной конференции, Ростов-на-Дону, 11 апреля 2008г. С. 222-224.

12. Новые конструкции элементов мощных волноводных трактов/ Бабушкина O.A., Головков A.A., Пивоваров И.Ю. // СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии: Труды 18-ой международной крымской конференции, Севастополь, Украина, 8-12 сентября 2008г. С. 459-460.

13. Улучшенные конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях на 90 и 135 градусов / Бабушкина O.A., Головков A.A., Николаев П.В. // ЭМС: Труды 8 международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 16-19 июня 2009г. С. 278-282.

14. Новые конструкции полосно-запирающих фильтров для СВЧ радиотрактов / Бабушкина O.A., Головков A.A., Пивоваров И.Ю. // СВЧ -техника и телекоммуникационные технологии: Труды 19-ой международной крымской конференции, Севастополь, Украина, 14-18 сентября 2009г. С. 501502.

Подписано в печать 20.05.10. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 29.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР МАТЕРИАЛОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Обзор материалов по фрактальным, в том числе рамочным антеннам.

1.2. Обзор материалов по СВЧ фильтрам с подавлением паразитных полос пропускания.

1.2.1. Структуры СВЧ фильтров на отрезках регулярных линий передачи и резонаторах с подавлением паразитных полос пропускания на кратных частотах.

1.2.2. СВЧ фильтры на основе двухмодовых резонаторов с подавлением паразитных полос пропускания на кратных частотах.

1.2.3. СВЧ фильтры на основе фрактальных резонаторов с подавлением паразитных полос пропускания на кратных частотах.

1.2.4. СВЧ фильтры с подавлением паразитных полос пропускания на кратных частотах за счет полосно-запирающих структур и структур с характеристиками ФНЧ.

1.3. Элементы волноводных трактов большого уровня мощности.

Выводы по материалам первой главы. Постановка задачи исследований.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ И ИММИТАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН НАД ПРОВОДЯЩЕЙ ПЛОСКОСТЬЮ.

2.1. Поляризационные и иммитансные характеристики печатных рамочных антенн над проводящим экраном ограниченных размеров.

2.1.1. Исследование полевых и иммитансных характеристик печатных рамочных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров.

2.1.2. Исследование полевых и иммитансных характеристик печатных рамочных антенн на основе фракталов первого порядка над экраном ограниченных размеров.

2.1.3. Исследование полевых и иммитансных характеристик печатных рамочных антенн на основе фракталов второго порядка над экраном ограниченных размеров.

2.1.4. Исследование полевых и иммитансных характеристик двухвитковых печатных рамочных антенн на основе фракталов первого порядка над экраном ограниченных размеров.

2.1.5. Исследование полевых и иммитансных характеристик трехвитковых печатных рамочных антенн на основе фракталов первого порядка над экраном ограниченных размеров.

2.1.6. Исследование полевых и иммитансных характеристик и электрической модели объемной укороченной рамочной антенны, расположенной вертикально на экране ограниченных размеров.

2.2. Резонансные частоты и иммитансные характеристики фрактальных рамочных антенн, расположенных над проводящей плоскостью.

2.3. Предельные характеристики согласования фрактальных рамочных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров.

2.3.1. Предельные характеристики согласования укороченных рамочных антенн.

2.3.2. Предельные характеристики согласования полноволновых рамочных антенн.

2.4. Миниатюрная многодиапазонная антенна.

Выводы по результатам исследований второй главы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ С ПОДАВЛЕНИЕМ ПАРАЗИТНЫХ ПОЛОС ПРОПУСКАНИЯ.

3.1. Подавление паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах за счет использования ФНЧ структур.

3.2. Подавление паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах за счет использования ПЗФ.

3.2.1. Полосно-запирающие структуры на основе СВЧ фазовой цепи первого порядка.

3.2.2. Полосно-запирающая структура с использованием балластного сопротивления.

3.3. Полосовые фильтры с подавлением паразитных полос пропускания за счет использования фрактальных резонаторов.

3.3.1. Резонансные частоты открытых полуволновых фрактальных резонаторов.

3.3.2. Резонансные частоты замкнутых фрактальных резонаторов.

3.3.3. Моделирование кольцевого резонатора с квазифрактальной структурой.

Выводы по результатам исследований третьей главы.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ.

4.1. Новые варианты конструкций изгибов прямоугольных волноводов в Е- плоскости.

4.1.1. Конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- плоскости под 90°.

4.1.2. Конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е-плоскости под 135°.

4.2. Новые варианты конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Н-плоскости.

4.2.1. Конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Н- плоскости под 90°.

4.2.2. Конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Н плоскости под углом 135°.

4.3. Разработка новых конструкций коаксиально-волноводных переходов для больших уровней мощности.

Выводы по результатам четвертой главы.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАМОЧНЫХ АНТЕНН, ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ.

5.1. Экспериментальные исследования рамочных антенн.

5.1.1. Разработка и исследование фрактальных антенн для мобильных телефонов для приема сигналов цифрового телевидения.

5.1.2. Разработка и исследование укороченной рамочной антенны над проводящей поверхностью ограниченных размеров.

5.1.3. Разработка и исследование двухвитковой рамочной антенны бегущей волны для систем ГЛОНАСС и GPS.

5.2. Разработка и экспериментальные исследования полосовых фильтров с подавлением паразитных полос пропускания.

5.3. Разработка и экспериментальные исследования изгибов прямоугольных волноводов.

5.3.1. Разработка и экспериментальные исследования изгибов прямоугольных волноводов в Е-плоскости.

5.3.2. Разработка и экспериментальные исследования изгибов прямоугольных волноводов в Н-плоскости.

5.4. Разработка и экспериментальные исследования коаксиально-волноводных переходов в прямоугольных волноводах для трактов большой мощности.

Выводы по результатам исследований пятой главы.

Разработка излучающих, фильтрующих и волноводно-фидерных СВЧ устройств представляет собой комплекс сложных задач, многие аспекты которых требуют дальнейших исследований особенно в свете необходимости дальнейшей минимизации габаритов этих устройств, например, за счет использования фракталов.

Большинство пределов добротности электрически малых антенн (ЭМА) по их геометрическим размерам получено при допущениях свободного пространства или бесконечного экрана, которые не выполняются на практике. Представляется актуальным проверить справедливость соотношений для предельных значений добротности для одно и многовитковых печатных рамочных антенн, в том числе фрактальных, расположенных на разных расстояниях над проводящим экраном ограниченных размеров, найти тенденции изменения импедансных и поляризационных характеристик в зависимости от расстояния до экрана.

Для ускорения процесса проектирования фрактальных рамочных антенн актуальна разработка метода быстрой оценки резонансных частот и оптимизации параметров излучателя. Электродинамическое моделирование выполняется в этом случае только для оптимальных вариантов антенны.

Для подавления паразитных полос в полосовых фильтрах СВЧ используют структуры с характеристиками фильтров нижних частот (ФНЧ) и полосно-запирающих фильтров (ПЗФ), включенные каскадно с фильтрующими. Представляется важным найти и исследовать ФНЧ и ПЗФ структуры, которые, подавляя высшие резонансы, одновременно являлись бы фильтрующим звеном в полосовом фильтре или имели бы в широкой полосе частот постоянное и вещественное входное сопротивление, не искажая частотные характеристики полосового фильтра. Представляет также интерес оценить возможности фильтров СВЧ на основе фрактальных резонаторов по подавлению паразитных полос пропускания, предложить новые структуры с некратными резонансными частотами.

Традиционные решения согласования изгибов прямоугольных волноводов в фидерных трактах СВЧ не являются удачными с конструктивно-технологических точек зрения. В связи с этим становится актуальной задача поиска новых конструктивных вариантов исполнения изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях на различные углы, которые были бы проще в изготовлении, но обладали бы при этом хорошими характеристиками передачи. Для повседневной практики необходимо разработать инженерные методы расчета этих распространенных узлов волноводно-фидерных трактов. Решению всех перечисленных выше актуальных для настоящего времени задач и посвящена настоящая диссертационная работа.

Цели диссертационной работы заключается в разработке теории, методов проектирования и исследовании характеристик печатных фрактальных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном ограниченных размеров, разработке методов подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ, поиску новых решений для элементов волноводных фидерных трактов СВЧ.

Для достижения этих целей в диссертации решены следующие задачи:

- исследованы иммитансные и поляризационные характеристики фрактальных одно и многовитковых рамочных антенн, расположенных над экраном ограниченных размеров и выполнено их сравнение их с предельными показателями, определенными из геометрических размеров излучателя;

- разработаны быстродействующие методы анализа резонансных частот и имитансных характеристик фрактальных рамочных антенн;

- определены предельные характеристики согласования в полосе частот фрактальных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном;

- разработаны методы подавления паразитных полос пропускания в СВЧ полосовых фильтрах за счет использования ФНЧ и ПЗФ структур, открытых и кольцевых фрактальных резонаторов;

- разработаны новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов и инженерные методики оценки их конструктивных параметров.

При решении поставленных задач использовался аппарат анализа цепей с сосредоточенными и распределенными постоянными, теория матриц, аппарат математического анализа и численные методы. Имитационное моделирование СВЧ устройств выполнено с использованием прикладных пакетов MathCAD, Microwave Office, Ansoft HFSS, CST Microwave Studio. Проверка теоретических положений выполнялась экспериментально.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Исследованы эффекты изменения добротности одно и многовитковых печатных рамочных излучателей, в том числе фрактальных, в зависимости от расстояния до проводящего экрана ограниченных размеров. Определены пределы применимости соотношений для определения добротности антенны по ее геометрическим размерам. Получены предельные соотношения для согласования полноволновых и укороченных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном.

3. Предложен эффективный метод расчета резонансных частот и имитансных характеристик фрактальных рамочных антенн, расположенных параллельно проводящему экрану.

4. Предложена, защищенная патентом, новая структура миниатюрной многочастотной, многослойной антенны.

5. Предложены новые структуры на основе Т-линий, обладающие характеристиками ФНЧ или ПЗФ с большой полосой задерживания, выполнен их анализ и показана возможность использования для подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ.

6. Показано, что резонансные частоты открытых и замкнутых фрактальных резонаторов не кратны и это свойство можно использовать для создания узкополосных фильтров СВЧ с подавлением паразитных полос пропускания в широких интервалах частот.

7. Предложены новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-гаюскостях, получены аналитические соотношения для их расчетов.

В диссертационной работе показана возможность создания печатных рамочных антенн, расположенных над проводящим экраном ограниченных размеров, имеющих минимальные габариты, позволяющие инкорпорировать их в мобильные телефоны для приема сигналов цифрового телевидения.

Предложенная методика расчета резонансных частот и импедансов фрактальных резонаторов и рамочных антенн на основе схемотехнического приближения обладает высокой вычислительной эффективностью и позволяет за короткое время оптимизировать эти устройства.

Предложенные в диссертации структуры на основе линий передачи с Т-волной с характеристиками ФНЧ и ПЗФ могут одновременно служить как резонаторами СВЧ полосовых фильтров, так и эффективно подавлять паразитные полосы пропускания фильтров на высоких частотах.

В диссертационной работе показана возможность подавления паразитных полос пропускания в полосовых фильтрах СВЧ за счет использования в них открытых и кольцевых фрактальных резонаторов.

Предложенные в работе новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е- и Н-плоскостях на 90° и 135°, отличаются простотой конструктивного исполнения и хорошими частотными характеристиками.

Основные результаты работы получены в процессе выполнения трех хоздоговорных и трех госбюджетных НИР в 2004- 2009 г. на кафедре РЭС СПбГЭТУ (ЛЭТИ), а также при выполнении в 2006-2008 г. научной работы по международному контракту №МПЛ-18/МК от 20.04.06г. "Development of Antennas for Mobile Phones" (Contract agreement between LG Electronics INC. (LGE) and St-Petersburg Electrotechnical University). Материалы диссертации использованы в научных разработках кафедры, в учебном процессе, в ОАО «АРГУС», в ЗАО «Транстроника» и в ОАО НТЦ «Завод ЛЕНИНЕЦ».

Основные теоретические и практические положения работы докладывались и обсуждались на 7-м и 8-м Международных симпозиумах по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии ЭМС (Санкт-Петербург, 2007, 2009), 14-й, 15-й, 16-й, 17-й, 18-й и 19-й Международных конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», (Севастополь, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009), на 2-ой международной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2008г), а также научно-технических конференциях профессорского - преподавательского состава СПбГЭТУ (ЛЭТИ) в 2005-2010 г.

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 14 статьях и докладах, из них по теме диссертации 14, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 статьи в других изданиях. Доклады доложены и получили одобрение на 8 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях. Основные положения защищены 1 патентом, решение о выдаче патента получено 24.02.2010.

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, 1 приложения и списка литературы, включающего 109 наименований. Основная часть работы изложена на 182 страницах и содержит 199 рисунков и 5 таблиц.

Выводы по результатам исследований пятой главы

1. По результатам теоретических исследований характеристик расположенных над экраном рамочных многовитковых фрактальных антенн, выполненных в Главе 2, разработаны и прошли экспериментальную проверку на фирме LG Electronics два варианта фрактальной антенны для приема телевизионных сигналов на мобильный телефон в TDMB диапазоне. Экспериментальные и расчетные характеристики антенн совпадали с достаточной для практики точностью.

2. По результатам теоретических исследований характеристик расположенных вертикально на экране ограниченных размеров рамочных антенн, выполненных в Главе 2, разработана по заказу промышленности рамочная антенна для пеленгатора и согласующие цепи для нее. Экспериментальные и расчетные характеристики антенны с согласующей цепью совпадали с достаточной для практики точностью.

3. По результатам теоретических исследований, выполненных в Главе 3, по заказу промышленности разработаны СВЧ фильтры с подавлением паразитных полос пропускания в широкой полосе частот. Один из фильтров на диапазон 385-545 МГц, приведенный в диссертации, испытан в ЗАО «ТРАНСТРОНИКА» (г. Санкт-Петербург) и выпускается серийно. Экспериментальные и расчетные характеристики фильтра совпадали с достаточной для практики точностью.

4. По результатам теоретических исследований и полученных в Главе 4 расчетных соотношений разработаны волноводные уголки в Е- и Н -плоскостях, простые в производстве по сравнению со стандартными решениями. Уголки для волновода сечением 72x34 мм2 используются в НТЦ «Завод ЛЕНИНЕЦ». Экспериментальные и расчетные характеристики уголков совпадали с хорошей точностью.

5. Разработаны по заказу промышленности и экспериментально проверены коаксиально-волноводные переходы для волновода сечением 72*34мм2, имеющие лучшие характеристики, по сравнению со стандартным аналогом. Результаты эксперимента показывает хорошее совпадение с расчетными кривыми.

6. Разработана и исследована двухвитковая рамочная антенна бегущей волны для систем ГЛОНАСС и GPS для ЗАО «ТРАНСТРОНИКА» (г. Санкт-Петербург).

194

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, полученные в диссертации, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Показано, что на частоте полноволнового резонанса предельные добротности расположенных параллельно проводящему экрану ограниченных размеров одновитковых рамочных антенн круглой и квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков, могут быть определены по размерам радианной сферы, когда расстояние до экрана составляет h>X/4. При уменьшении расстояния до экрана h«X/4 добротность таких рамочных антенн возрастает примерно на порядок и определять ее по геометрическим размерам антенны нельзя, даже если радианная сфера охватывает экран.

2. При малых расстояниях до экрана уровень кроссполяризационной составляющей поля Ев у фрактальных и квадратных рамочных антенн примерно одинаков, а уровень ортогональной составляющей уменьшается с увеличением порядка фрактала.

3. Показано, что добротность двух и трех витковых рамочных антенн квадратной формы, а также выполненных на основе фракталов первого и второго порядков, практически не зависит от расстояния до экрана и оказывается в 3-4 раза выше, чем у соответствующей одновитковой антенны.

4. Показано, что уровень ортогональной составляющей поля в многовитковых рамочных антеннах практически совпадает с уровнем основной моды, а в направлении перпендикулярном экрану подавлен на 10-20 дБ. Уровень Z составляющей поля Ед у многовитковых антенн, выполненных на основе фракталов, возрастает до значений порядка -5-10 дБ при уменьшении расстояния до экрана h«X/4.

5. Предложен алгоритм расчета резонансных частот и иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн, расположенных параллельно проводящему экрану, обеспечивающий достаточную для практики точность расчетов при высоком быстродействии.

6. Получены предельные соотношения для согласования полноволновых и укороченных рамочных антенн, позволяющие с помощью эквивалентной схемы антенны установить связь между уровнем КСВ и рабочей полосой частот рамочных антенн, расположенных в свободном пространстве и над проводящим экраном.

7. Предложена, защищенная патентом, новая структура многочастотной миниатюрной антенны, которая может быть выполнена методами многослойной печатной технологии или LTCC.

8. Предложена структура на основе Т-линий, способная использоваться как резонатор СВЧ фильтра, но одновременно обладающая характеристикой ФНЧ с большой полосой задерживания для подавления паразитных полос пропускания и выполнен её анализ.

9. Выполнен анализ структуры с характеристиками ПЗФ на основе связанных линий, которая может быть использована для подавления паразитных полос пропускания СВЧ фильтров. Предложена новая ПЗФ структуры, имеющая во всей полосе частот постоянное и близкое к вещественному входное сопротивление и выполнен её анализ

10. Выполнен анализ резонансных частот открытых А/2 и замкнутых А фрактальных резонаторов и показано, что эти частоты расположены не эквидистантно, что может быть использовано для подавления паразитных полос пропускания в СВЧ фильтрах. Предложены квазифрактальные структуры замкнутых резонаторов, у которых неэквидистантный разнос резонансных частот существенно выше, чем у стандартных фрактальных.

11. Предложены новые конструкции изгибов прямоугольных волноводов в Е-и Н-плоскостях на 90° и 135°, отличающиеся простотой конструктивного исполнения и хорошими частотными характеристиками. Получены простые аналитические соотношения для основных конструктивных параметров.

12. Выполнено моделирование и оптимизация конструктивных параметров двух вариантов коаксиально-волноводных переходов для волновода размерами 72*34 мм2, один из которых имеет рекордно малые значения КСВ во всей рабочей полосе частот волновода и предназначен для измерительных целей, а второй предназначен для работы при высоких уровнях мощности в волноводно-фидерном тракте бортовой аппаратуре.

13. По результатам теоретических исследований характеристик расположенных над экраном рамочных многовитковых фрактальных антенн, выполненных в Главе 2, разработаны и прошли экспериментальную проверку на фирме LG Electronics два варианта фрактальной антенны для приема телевизионных сигналов на мобильный телефон в TDMB диапазоне. Экспериментальные и расчетные характеристики антенн совпадали с достаточной для практики точностью.

14. По результатам теоретических исследований, выполненных в Главе 3, по заказу промышленности разработаны СВЧ фильтры с подавлением паразитных полос пропускания в широкой полосе частот. Один из фильтров испытан в ЗАО «ТРАНСТРОНИКА» (г. Санкт-Петербург) и выпускается серийно. Экспериментальные и расчетные характеристики фильтра совпадали с достаточной для практики точностью.

15. По результатам теоретических исследований, выполненных в Главе 4, разработаны волноводные уголки в Е- и Н-плоскостях и коаксиально-волноводные переходы. Эти волноводные элементы для сечения 72*34мм2 используются в ОАО НТЦ «Завод ЛЕНИНЕЦ» (г. Санкт-Петербург). Экспериментальные и расчетные характеристики совпадали с хорошей точностью.

197

1. Wheeler , Н. A. Fundamental limitations of small antennas // Proceedings of the IRE. 1947. v. 35, P. 1479-1488.

2. Chu, L. J. Physical limitations of omnidirectional antennas // Journal of Applied Physics. 1948. v. 19, P.l 163-1175.

3. Тихонов A.H., Самарский А.А. Уравнения математической физики. M: Наука, 1966.

4. Harrington R.F. Effect of Antenna Size on Gain, Bandwidth, and Efficiency //J. Res. Nat. Bur. Stand. 1960. V.64-D, P. 1-12.

5. Schantz H. G. Introduction to Ultra-Wideband Antennas//Proceeding of the IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies. 2003. http://www.coe.montana.edu/ee/rwolff/EE548/EE548

6. S06/UWB/IntroUWBAntennas.pdf

7. Collin R.E., Rothschild S. Evaluation of Antenna Q //IEEE Trans. Ant. Prop. 1964, v. AP-12, P.23-27.

8. Fante R. Quality Factor of General Ideal Antennas //IEEE Trans. Ant. Prop. 1969, v.AP-17, P. 151-155.

9. Hansen, R. C. Fundamental limitations in antennas //Proceedings of the IEEE. 1981, v.69,No.2, P. 170-182.

10. McLean, J. S. A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas // IEEE Trans. Ant. Prop. 1996, v. 44, N5, P. 672-676.

11. Caswell E.D., Davis W.A., Stutzman W.L. Fundamental Limits on Antenna Size // Submitted to IEEE Trans. Ant. Prop., April 2000.

12. Davis W.A., Stutzman W.L., Caswell E.D. Fundamental Limits on Small Antennas// URSI Radio Science Meeting (Salt Lake City, UT), July 2000, P. 1-10

13. Grimes D. M., Grimes C. A. Radiation Q of dipole-generated fields //Radio Science, March-April 1999, v.34, N2. P. 281-296.

14. Grimes C. A., Gang Liu, Gr imes D. M. Keat Ghee Ong. Characterization of a Wideband, Low-Q, Electrically Small Antenna// Microwave and Optical Technology Letters. 2000, v.:27, N1. P. 53-58.

15. Collin R. E. The Minimum Q of Small Antennas (A Discussion of Recent Controversies). Lecture- Faculty of Applied Science and Engineering University of Toronto. July 28, 1998. www.ewh.ieee.org/r7/toronto/ events/antenna.htm.

16. Sten Johan C-E., Hujanen A., Koivisto P.K. Quality Factor of an Electrically Small Antenna Radiating Close to a Conducting Plane // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2001, v.49, N5, P. 829-837.

17. Bancroft R. Fundamental Dimension Limits of Antennas.Ensuring Proper Antenna Dimensions in Mobile Device Designs // Centurion Wireless Technologies. Westminster, Colorado, p 14.-www.centurion.com/home/pdf7 wpdimensionlimits.pdf.

18. Thiele, G.A.; Detweiler, P.L.; Penno, R.P. On the lower bound of the radiation Q for electrically small antennas //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003, v.51, N6, P. 1263-1269.

19. Wang J. J. H. A Critique and New Concept on Gain Bandwidth Limitation of Omnidirectional Antennas-Progress In Electromagnetics Research Symposium. -Hangzhou. Aug.23-26, 2005. www.weo.com/publications/"WEOPIERS2005.pdf

20. Wang J. J. H. Fundamental Bandwidth Limitation for Small Antennas on a Platform. Presented in IEEE IWAT 2006. www.weo.com/publications/WEOIWAT2006.pdf.

21. United States Patent No. 6137453. Int. C17 H01Q 1/36. Broadband Miniaturized Slow-Wave Antenna.Johnson J. H. Wang, James K. Tillery. -Filed: Nov. 19, 1998. -Date of Patent: Oct. 24, 2000.

22. Потапов A.A. Фракталы в радиофизике и радиолокации: Топология выборки. М.: Университетская книга, 2005.

23. C.Puente, R.Pous. Fractal Design of Multiband and Low Side-Lobe Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1996. vol. 44, no.5, P.730-739.

24. C.Puente, J.Romeu, R.Pous, A.Cardama. On the Behavior of the Sierpinski Multiband Fractal Antenna // IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 1998. v. AP-46, No 4. P. 517-524.

25. C.Puente, J.Romeu, Bartoleme R., Pous R. Perturbation on the Sierpinski Antenna to Allocate Operating Bands// Electron. Letters. 1996. V.32, №4, P. 2186-2188.

26. C.Puente, C. Boija, M. Navarro, J. Romeu. An iterative model for fractal antennas: application to the Sierpinski Gasket Antenna// IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2000. v. AP-48, No 5. P. 713-719.

27. WO Patent № 0182410 Al. H01Q1/32, 1/36, 5/00.Multilevel advanced antenna for motor vehicles. Nov. 1, 2001.

28. С. T. P. Song, Peter S. Hall, and H. Ghafouri-Shiraz. Multiband Multiple Ring Monopole Antennas// IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2003. v. AP-51, No 4. P. 722-729.

29. C.Puente, J.Romeu, A. Cardama. The Koch Monopole: a small fractal antenna // IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2000. v. AP-48, No 11. P. 1773-1781.

30. Gianvittorio J, Rahmat-Samii Y. Fractal antennas: a novel antenna miniaturization technique,and application // IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2002. v. AP-44, No 1. P. 20-36.

31. Carmen Boija, Jordi Romeu. On the Behavior of Koch Island Fractal Boundary Microstrip Patch Antenna// IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2003. v. AP-51, No 6. P. 1281-1291.

32. Lui W.J., Cheng C.H., Zhu H.B. Compact frequency notched ultra-Wideband fractal printed slot antenna // IEEE Microwave and wireless components letters. 2006. v. 16, No 4. P. 224-226.

33. Cohen N. U.S. Patent № 0843905. H01Q1/36, 1/38, 1/48. Fractal antennas, resonators and loading elements. May 27, 1998.

34. Cohen N. U.S. Patent № 6140975. H01Q1/84. Fractal antenna ground counterpoise, ground planes, and loading elements. Oct. 31, 2000.

35. Kim Y., Jaggard D.L. The Fractal Random Array // Proc. of the IEEE. 1986. vol.74, No. 9, P.1278-1280.

36. Werner D.H., Werner P.L., Haupt R.L. Fractal engineering:the theory and design of fractal antenna arrays // IEEE Trans, on Antennas & Propagation Magazine. 1999. v. 41, No 5. P. 37-59.

37. Gianvittorio J, Romeu J., Blanch S, Rahmat-Samii Y. Self-similar prefractal frequency selective surfaces for multiband and dual-polarized applications // IEEE Trans, on Antennas & Propagation. 2003. v. 55, No 11. P. 3088-3096.

38. Упрощенный метод проектирования печатных антенн на основе неоднородной щелевой линии./А.А. Головков, Д.А. Калиникос, Б.А. Киселев и др.//Проекгирование и технология электронных средств, 2004, №4. С. 7-11.

39. Калиникос Д. А., Киселев Б.А., Сугак М.И. Применение пакета SERE-NADE-8.0 к расчету многоэлементных последовательных микрополосковых антенных решеток // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", № 2, 2001. С. 10-16.

40. Ашихмин А.В. Проектирование и оптимизация сверхширокополосных антенных устройств и систем для аппаратуры радиоконтроля. М.: Радио и связь, 2005.

41. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975.

42. An Ultra-Compact Hairpin Band Pass Filter with Additional Zero Points /Kaixue Ma, Kiat Seng Yeo, Jianguo Ma and etc./ЯЕЕЕ Microwave and Wireless Components Letters. 2007. Vol. 17, NO. 4, P. 262.

43. Chung-Hwa Wu, Chi-Hsueh Wang, Chun Hsiung Chen. Novel Balanced Coupled-Line Bandpass Filters with Common-Mode Noise Suppression//IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques. 2007. Vol. 55, N0.2, P. 287.

44. LinS.C., Wang C.Y., Chen C.I. Novel Patch-Via-Spiral Resonators for Development of Miniaturised Bandpass Filters with Transmission Zeros// IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques. 2007. Vol. 55, NO.l, P. 155.

45. Jia-Sheng Hong, M.J.Lancaster. Microstrip Filters for RF. New York: Microwave Applications John Wiley&Sons, Inc. 2001.

46. Yao В., Zhou Y., Cao Q., Chtn Y. Compact UWB Bandpass Filter with Improved Upper-Stopband Performance // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2009. Vol.19, N1, P. 27-29.

47. Lok U.-H., Chiou Y.-C., Kuo J.-T. Quadruple-Mode Coupled-Ring Resonator Bandpass Filter with Quasi-Elliptic Function Passband // IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2008. Vol.18, N3, P. 179-182.

48. Zhang X.-C., Yu Z.-Y., Xu J. Design of Microstrip Dual-Mode Filters Based on Source-Load Coupling // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2008. Vol.18, N9, P.677-680.

49. Zhu J., Feng Z. Microstrip interdigital Hairpin Resonator with an Optimal Physical Length // IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2006. Vol.16, N12, P.672-675.

50. Tang C.-W., Liu W.-T. Design of Wide Stopband Microstrip Bandpass Filter with Interdigital Resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006. Vol. 18, N12, P.767-770.

51. Tang C.-W., Ysu Y.-K. Design of Wide Stopband Microstrip Bandpass Filter with Asymmetrical Resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2008. Vol.18, N2, P.91-94.

52. Chun Y.-H., Hong J.-S. Electronically Reconfigurable Dual-Mode Microstrip Open-Loop Resonator Filter // IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2008. Vol.18, N7, p.449-452.

53. Rui-Jie Mao. Novel dual-mode bandpass filters using hexagonal loop resonator // IEEE Transactions on Microwave theory and techniques. 2006. Vol. 54 No. 9, P. 35263533.

54. Falcone F., Martin J., Bonache J. Laso M., Garsia J., Sofolla M. Stopband and Bandpass Characteristics in Coplanar Waveguides Coupled to Spiral Resonators //Microw. Opt. Technol. Lett. 2004. Vol.42, P.386-388.

55. V.Crnojevic-Bengin, V. Radonic, B. Jokanovic. Complementary Split Ring Resonators Using Square Sierpinski Fractal Curve.// Proc. Eur. Microw. Conf., sep. 2006, paper 1052, EuMC Poster 1-59.

56. Crnojevic-Bengin V. Novel Compact Microstrip resonators with Multiple 2-D Hilbert Fractal Curve // Microw. Opt. Technol. Lett. 2006. Vol.46, P.270-273.

57. Crnojevic-Bengin V., Budimir D. Novel 3-D Hilberty Microstrip Resonators. // Microw. Opt. Technol. Lett., 2005. Vol.45, P.195-197.

58. Crnojevic-Bengin V., Radonic V., Jokanovic B. Fractal Geometries of Complementary Split-Ring Resonators // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 2008. Vol.56, N10 , P. 2312-2321.

59. Wang H., Chu Q.-X. An EM-Coupled Ttriangular Open-Loop Filter with Transmission Zeros Very Close to Passband // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2009. Vol.19, N2, p.71-74.

60. Chen W.-L., Wang G.-M. Effective Design of Novel Compact Fractal-Shaped Microstrip Coupled-Line Bandpass Filters for Suppression of the Second Harmonic // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2009. Vol.19, N2, P.74-77.

61. Lopetegi Т., Laso М/A/G/, Hernandez J., Bacaicoa M., Benito D., Garde M.J. New Micristrip "Wiggle-line" Filters with Spurious Passband Suppression // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 2001. Vol.49, N9 , P.1593-1598.

62. Wang C.-M., Chi C.-H., Hsieh M.-Y., Chang C.-Y. Miniaturized Spurious Pass-band Suppression Micristrip Filter using Meandered Parallel Coupled Lines // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol.53, N2 , p.747-753.

63. Li R., Kim D. I., Choi C.M. Compact Structure with Three Attenuation Poles for Improving Stopband Characteristics // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006. Vol.16, N12, P. 663-666.

64. Luo S., Zhu L., Sun S. Stopband-Expanded Low-Pass Filters Using Microstrip Coupled-Line Hairpin Units // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2008. Vol.18, N8, P.506-509.

65. Gomes-Garsia R., Sanches-Renedo M., Jarry В., Lintignat J., Barelaud В.- A Class of Microwave Transversal Signal-interference Dual-Passband Planar Filter // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2009. Vol.19, N3, p.158-161.

66. Piecewise Uniform Bends in Rectangular Waveguide/ G. Virone, R. Tascone, M. Baralis, O.A. Peverini, A. Olivieri, R. Orta // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 15, No. 4. P. 289-291.

67. Analysis and Design of Full-Band Matched Waveguide Bends /Mauro Mongiardo, Antonio Morini, Tullio Rozzi// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1995. Vol. 43, No. 12. P. 2965-2971.

68. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. T.l. M-JI: ГЭИ,1960.

69. Фельдштейн A.JL, Явич JI.P., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Советское радио, 1967.

70. Справочник по волноводам / Под ред. Я. Н. Фельда; пер. с англ. М.: Советское радио, 1952.

71. Щепкунов С., Фриис Г. Антенны. М: Сов. радио, 1955.

72. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987. 432с.

73. Бабушкина О.А., Головков А.А., Ручьев В.И. Упрощённый метод проектирование и оценки иммитансных характеристик фрактальных рамочных антенн// Проектирование и технологии электронных средств, № 3, 2008. С. 62-66.

74. T.L.Simpson, J.C.Logan, J.W.Rockway Equivalent curcuits for electrically small antennas using L-C decompositions with the method of moments // IEEE Transactions Antennas and Propagations. 1989. V.37, P. 1582-1590.

75. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975.

76. Youla D.C. A new theory of broad-band Matching // IEEE Transaction on circuit theory. 1964. № 1. P. 30 50.

77. Чавка Г.Г. Широкополосное согласование радиопередатчика с антенной // "Электросвязь", 1974, №2.

78. Бабушкина О.А., Головков А.А., Мамруков А.В. Характеристики согласования рамочной антенны, расположенной на конечном проводящем экра-не//Известия ВУЗов России. Сер. "Радиоэлектроника". 2007. №3. С. 12-18.

79. European Patent №1912280 А2/ Puente-Baliarda С., Soler-Castany J. Miniature antennas having a volumetric structure; date of publication 16.04.2008. Bulletin 2008/16.

80. European Patent № 2028717 А1/ Wen G. Multi-band apparatus disposed on a three-dimensional substrate; date of publication 25.02.2009. Bulletin 2009/09.

81. European Patent № 2034555 А1/ Rao Q., Wen G. Mobile wireless communications device including multi-loop folded monopole antenna and related methods; date of publication 11.03.2009. Bulletin 2009/11.

82. Решение о выдаче патента на полезную модель РФ № 2010100231/22(000296) /Бабушкина О.А., Головков А.А., Молодцов Д.И. Малоразмерная многодиапазонная антенна;. 24.02.2010.

83. Rui Li, Dong Kim, Chang Mook Choi. Compact Structure With Three Attention Poles for Improving Stopband Characteristics // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006.Vol. 16, NO. 12, P.663.

84. Бабушкина О.А., Головков А.А. СВЧ полосовые фильтры с подавлением паразитных полос пропускания// Вопросы Радиоэлектроники. Сер. "Радиолокационная техника". 2008. №4. С.51-59.

85. Бабушкина О.А. Новые конструкции полосно-запирающих фильтров для СВЧ радиотрактов //Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". Сер. "Радиоэлектроника и телекоммуникации" 2009. №9. С. 3-12.

86. Фельдштейн A.JT., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.:"Связь", 1965

87. Бабушкина О.А., Головков А.А. Новый тип конструкции изгиба прямоугольного волновода//Вопросы Радиоэлектроники. Сер. "Радиолокационная техника". 2008. №4. С.34-42.

88. Новый тип конструкции изгиба прямоугольного волновода/Бабушкина О.А., Николаев П.В., Ручьев В.И.// Современные проблемы радиоэлектроники: Труды 2-ой международной научной конференции, Ростов-на-Дону, 11 апреля 2008г. С. 222-224.

89. Technical Report No.3. on the third stage of work in accordance with Statement of Work. "Development of antennas for mobile phones" //Contract agreement between LG Electronics and St-Petersburg Electrotechnical University №МПЛ-18/MK от 20.04.06г.

90. Фрактальные антенны для приема телевизионного сигнала метрового диапазона/ Бабушкина О.А. // ЭМС: Труды 7 международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 2629 июня 2007г. С.209-211.

91. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ МОДЕЛИ АКТИВНОЙ РАМОЧНОЙ АНТЕННЫ // Отчёт по НИР по договору между ФГУП НИИ «ВЕКТОР» и фондом развития ФРТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» от 28.12.2005г.205