автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Исследование полосково-щелевых структур и разработка устройств на их основе

'МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 'Московский технический университет связи и информатики

На правах рукописи

Ли Дэн Мок

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛОСКОВО-ЩЕЛЕВЫХ СТРУКТУР И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальности: 05.27.05 -05.12.07 -

Интегральные радиоэлектронные устройства

Антенны и СВЧ-устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Г. Ы. Аристархов

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор В. И. Гвоздев

кандидат технических наук, доцент А. Д. Муравцов

Ведущее предприятие

- Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники.

Защита состоится " " (j&t&jjSjiH 1994 г. в А L ч на заседании специализированного Совета К-118.06.06 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Московского технического университета связи и информатики. Адрес: 105855, Москва, ул. Авиамоторная 8-а, МТУСИ

С диссертацией можно ознакомиться в биОлиотете МТУСИ.

Автореферат разослан

1994 г.

п

Ученный секретарь специализированного Совета к. т. н., доцент

Г,С. Берендеева

ОНЦАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время ш-рокое применение в технике СВЧ находят гибридные, монолитные и объемные интегральные схемы(ИС), что явилось результатом широкомасштабных исследований в области создания принципиально новых технологий, активных твердотельных элементов, интегральных линий передачи различных типов и их комбинаций, а также методов автоматизированного проектирования с применением строгих электродинамических моделей.

Однако решение проблемы комплексной микроминиатюризации СВЧ устройств во многом одерживается слокностко реализации в интегральном исполнении высокоэффективных пассивных устройств различного функционального назначения и прежде всего устройств частотной селекции. Как известно, среда устройств частотной селекции, обладающих различными типами АЧХ, фильтры с эллиптическими, квази- и псевдоэллиптическими характеристиками сочетают повышенную; избирательность к минимальные потери в полосе пропускания. Это обеспечивается формированием в этих устройствах полюсов затухания на конечных частотах, в результате чего заданные требования по избирательности могут быть реализованы при минимальном числе резонаторов. В базисе цепей с распределенными параметрами известно несколько способов физической осуществимости_ таких устройств на основе использования:

- лестничных СВЧ цепей в виде шлейфных структур, синтез которых в базисе однотипных линий передачи достигается введением дополнительных инверторов сопротивлений на основе преобразования Куроды;

- структур с несколькими путями передачи энергии;

- несоразмерных СВЧ цепей, принцип действия которых основан

5 и

на эффекте неравенства фазовых скоростей нормальных волн в многопроводных системах связанных лилий с неоднородным магнитодиэлект-риком;

- объемных(многослойных) структур на основе комбинации различных типов линий передачи.

Однако каждому из этих способов реализации присущи свои физические и конструктишо-тэхнологическзе ограничения в произвольном расположении полюсое затухания относительно полосы пропускания, что существенно снижает предельную частотную избирательность таких фильтров.

Представляется, что использование сочетания свойств несоразмерных СВЧ цепей и комбинации различных типов линий передачи позволит снять конструктивно-технологические ограничения в создании высокоизбирательных фильтров. Однако вопрос об эффективности этого подхода остается открытым, так как не развиты принципы построения, а также отсутствуют методы структурного и параметрического синтеза, которые позволили бы разработать новый тип фильтров, обладающих более высокими потенциальными возможностями.

Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие принципов построения и синтез интегральных фильтров СВЧ с полюсами затухания на конечных частотах в базисе несоразмерных СВЧ цепей на основе комбинации различных типов голосковых линий передачи.

Для достижения__поставленной цели необходимо решить следу-

щие задачи:

1. Теоретически обосновать принцип построения фильтров СВЧ с полюсами затухания на конечных частотах в базисе комбинации связанных микрополосковых и симметричных щелевых линий(СМ1Ь1 и СЩЯ).

2. Разработать, используя лестничные прототипы, метод структурного синтеза новых базовых элементов полосковых фильтров с

различными наперед заданными( эллиптическими и квази-эллиптичес-кими АЧХ) свойствами, реализуемых в базисе несоразмерных СВЧ цепей на основе комбинации различных типов линий передачи.

3. Определить конструктивные и схемотехнические способы управления частотными свойствами базовых элементов, в том числе способы компенсации влияния дисперсии, элементов согласования и эффекта неравных фазовых скоростей нормальных волн.

4. Предложить в базисе несоразмерных СВЧ цепей на основе комбинации различных типов линий передачи новые схемотехнические решения высокоизбирательных полосно-пропускащих и полосно-заг-ракдаюших фильтров, фильтров нижних и верхних частот с полюсами затухания на конечных частотах, которые по совокупности параметров провосходили бы известные микрополосковые аналоги.

5. Разработать методы параметрического синтеза (с применением преобразования Ричардса и приближенного) фильтров на основе комбинации связанных микрополосковых и щелевых линий передачи и провести параметрический синтез фильтров с учетом условий их физической осуществимости.

Методы исследования. Для реализаций перечисленных задач в диссертационной работе используются методы синтеза электрических фильтров по рабочим параметрам, теория матричного анализа, методы анализа и синтеза СВЧ устройств, методы численного моделирования и оптимизации с применением компьютера.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Теоретически обоснована целесообразность использования волновых и конструктивно-технологических особенностей комбинации связанных микрополосковых и щелевой линий передачи и на этой основе развит принцип построения фильтров с полюсами затухания на

конечных частотах. 3»

г. Разработан метод структурного синтеза базовых элементов несоразмерных СВЧ цепей, позволивший на основе лестничных прототипов выявить и каталогизировать новые рациональные схемотехнические решения в базисе комбинации различных линий передачи, в которых положительно проявляются волновые и конструктивно-технологически е особенности комбинации СЩЯ и СМИ и которые обладают заданными амплитудно-частотными характеристиками и отличаются компактностью и более высокими потенциальными возможностями по сравнению с традиционными схемами.

3.Определены механизмы управления частотными свойствами канонических секций фильтров на основе полосково-щелевых структур, а также метода компенсации влияния дисперсии в СЩЯ, элементов согласования и эффекта неравенства фаговых скоростей нормальных волн в связанных ШЛ. Показано, что компенсация отмеченных выше факторов как в канонических секциях, так и фильтрах высоких порядков достигается введением скачка волновых сопротивлений линий передачи, образующих соответствующие элементы(резонаторы) схемы.

4. На основе синтезированных базовых элементов предложен новый тип высокоизбирательных полосно-пропуекающих фш>тров на основе комбинаций СМПЛ и СЩЛ высоких порядков с полюсами затухания на конечных частотах.

5. Разработаны, исходя из низкочастотных лестничных прототипов, методы параметрического синтеза эллиптических фильтров, которые позволяют проектировать их с учетом условий физической осуществимости в базисе комбинации различных типов интегральных линий передачи.

Практическая ценность заключается в разработке новых базовых элементов на основе комбинации СМПЛ и СЩЛ и соодании на их основе микрополосковых фильтров с более высокими предельными электрическими параметрами, которые недостижимы в

традиционных микрополосковых фильтрах. Это позволяет более полно решать проблему комплексной микроминиатюризации устройств СВЧ.

Разработанный метод позволяет осуществить синтез высокоизбирательных полосно-пропускащих фильтров высокого порядка с учетом условий их физической реализуемости в базисе различных типов линий передачи, т. е. создавать объемные интегральные структуры фильтров. В диссертации содержатся необходимые данные, практические рекомендации, табулированные значения и программа по разработке этих фильтров.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развитый принцип построения микрополосковых фильтров, заключающийся в рациональном использовании волновых и конструктивно-технологических особенностей комбинации щелевой и связанных микрополосковых линий передачи, позволяет выявить ранее не реализованный запас потенциальных возможностей переходов между микро-полосковой и симметричной щелевой линиями и создать на этой основе новый тип фильтров с параметрами, практически недостижимыми при использовании традиционных принципов построения.

2. Разработанный метод структурного синтеза на основе использования комбинации различных типов линий передачи позволяет осуществлять поиск рациональных схемотехнических решений фильтров в базисе объемных интегральных схем СВЧ диапазона.

3. Синтезированные несоразмерные СБЧ цепи на основе использования комбинации связанных микрополосковых и симметричной щелевой линий составляют основу компактных высокоизбирательных полосно-пропускащих и полосно-заграждакщих микрополосковых фильтров, фильтров никних и верхних частот, которые по совокупности параметров превосходят традиционные микрополосковые решения.

4. Компенсация негативного влияния на рабочее затухание эллиптических фильтров на основе комбинации связанных микрополоско-

вых и симметричной щелевой линий их волновых особенностей достигается введением скачка волновых сопротивлений на участке длины резонаторов.

5. Разработанный метод параметрического синтеза несоразмерных цепей, основанный на установлении эквивалентности параметров элементов соразмерной и несоразмерной цепей на конечных частотах в их полосах пропускания и в переходных областях рабочего затухания; позволяет осуществлять синтез этих цепей с учетом волновых особенностей линий передачи и условий физической осуществимости структур.

Реализация результатов. Основные результаты исследования, изложенные в диссертационной работе, использованы в учебном процессе МТУСИ и научно-исследовательских работах, проводимых НИЛ-39 ЫТУСИ.

Личный вклад автора. Все основные научные результаты, излокенные в диссертационной работе, получены автором лично.

Апробация результатов работы проведена в процессе выступлений автора на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУСИ в 1993 и 1994гг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отразэны в 2 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и приложения. Она содержит 106 стр. машинописного текста, 62 рисунков и таблиц на 56 стр. и приложение на 15 стр. Общий объем работы 177 стр.

СОДЕРЗШШЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, указываются цель и задачи исследования, приводятся основные положения, выносимые на защиту, объем и структура работы с перечислением рассматриваемых вопросов по главам. Приводятся сведения об апробации и публикации основных положений диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния и перспектив развития методов и средств создания интегральных СВЧ цепей. Проведен краткий обзор основных этапов развития микроэлектронных устройств частотной селекции СВЧ с полюсами затухания на конечных частотах. Рассмотрены волновче и конструктивно-технологические особенности интегральных линий передачи различных типов ( микрополосковых(ШЛ), связанных МПЛ(СМПЛ), щелевых (ЩЛ) и копланарных), которые оказывают существенное влияние на параметры проектируемых устройств СВЧ. К основным из них следует отнести дисперсию, возбуждение волн высших типов, эффект неравенства фазовых скоростей нормальных волн в связанных линиях, сравнительно большие потери и ограниченные величины реализуемых значений волновых сопротивлений линий передачи, а также коэффициентов связи К в СМПЛ. Так, например, различие фазовых скоростей нормальных волн в СМПЛ приводит к возникновению в традиционных структурах микрополосковых фильтров(МПФ) дополнительных паразитных полос пропускания на всех гармониках, а также существешб снижает их предельную частотную избирательность. Более того, в отдельных случаях неравенство фазовых скоростей волн обусловливает даже изменение типа частотной характеристики структуры; так, всезаграждающие- структуры при фазовом синхронизме волн становятся при различии фазовых скоростей полосно-пропуекающими, а всепро-

пусканщие - полосно-заграждакнцими.

Приведен подробный анализ потенциальных возможностей и конструктивно-технологических ограничений известных методов реализации МПФ с полюсами затухания на конечных частотах. Так, например, при реализации высокоизбирателъных фильтров на основе шлейфных структур требуется значительный перепад значений волновых сопротивлений шлейфов0), который физически неосуществим в базисе однотипных линий передачи. Кроме того, эти структуры содержат избыточные число элементов е виде каскадно включенных в цепь отрезков линий передачи, выполняющих функцию инверторов сопротивлений. При реализации фильтров на основе струкутр с несколькими путями передачи энергии сложно обеспечить высокие уровни затухания в полосах заграждения, так как часть энергии передается со входа на выход фильтра,минуя основыа резонаторы. Кроме того, реализуя этот принцип, приходим во многих случаях к конструктивно сложным многослойным структурам. В структурах фильтров, принцип действия которых основан на эффекте неравенства фазовых скоростей нормальных волн, взаимное расположение полюсов и . нулей раоочего затухания определяется коэффициентом электромагнитного взаимодействия между линиями, значение которого в пленарных структурах ограничено и не превышает К ^ 0.7.

Таким образом, для того чтобы избежать введения дополнительных инверторов сопротивлений при синтезе шлейфных схем, а также исключить определяющую роль высоких значений коэффициента связи в формировании АЧХ несоразмерных СВЧ цепей, необходим поиск нетрадиционных структур. Новые возможности в создании компактных высокоизбирательных фильтров открываются в связи с разработкой важного типа СВЧ устройств-объемных интегральных схем(ОИС) на основе комбинации различных типов линий передачи, так как в этом случае можно гибко оптимизировать параметры устройств вследствие взаим-

ной независимости параметров их элементов, выполненных в базисе различных типов линий передачи. Однако высокие потенциальные возможности этого конструктива используются недостаточно полно. Это объясняется тем, что схемотехника элементов и устройств СВЧ в базисе ОМС не претерпела существенных изменений и базируется в основном на теории и практике традиционных полосковых устройств, а также на основе использования свойств простейших переходов между различными типами линий передачи.

Представляется, что использование сочетания свойств несоразмерных СВЧ цепей и комбинации различных типов линий передачи позволит снять конструктивно-технологические ограничения в создании высокоизбирательных фильтров.

Во второй главе развивается метод структурного синтеза рациональных схямотехнических решений канонических секций микрополосксво-щелевых фильтров различных типов в базисе комбинации полосково-щелевых линий. Этот метод структурного синтеза представляет собой процедуру последовательных преобразований прототипов на сосредоточенных элементах в базис цепей с распределенными параметрами(рис.1,г,д и рис.2,а-в) и определения условий их соответствия эквивалентным представлениям физически реализуемых полосково-щелевнх структур. При этом, используя преобразование Ричардса, приходим к лестничным схемам, которые трудно поддаются непосредственной реализации в базисе однотипных линий передачи, поскольку содеркат как параллельно, так и последовательно включенные в цепь резонаторы. Традиционно это конструктивное ограничение снимается, как уже отмечалось, за счет введения дополнительных инверторов сопротивлений в виде единичных отрезков линий передачи. Однако преобразованные таким образом шлейфные схемы, реализуемые в базисе однотипных линий передачи, содержат во многих случаях резонаторы, значения волновых сопротивлений которых Sil

имеют значительный перепад > 10. Это, естественно, накла-

дывает ограничения на физическую осуществимость этих схем. Поэтому необходим поиск таких структур, в которых осуществлялась бы непосредственная реализация Г-образных звеньев лестничных схем.

Простейшим примером такой структуры является широко используемый в объемных интегральных схемах СВЧ широкополосный переход микрополосковая линия-симметричная щелевая линия(МГШ-СОЩ) (рис.1, в), обладающий чебышевской харакчэристикой рабочего затухания. Связь мезеду взаимно перпендикулярными МШГ и ОВД осуществляется по магнитным составляющим электромагнитного поля. Однако реализация, например, полосно-пропускащих и полосно-заграждающих характеристик гллиптического и псевдо-эллиптического типов требует применения цепочек, которые содержат два последовательно или параллельно включенных резонатора(рис.1,д, и рис.2.в). При этом частоты невы-ровденных полюсов рабочего затухания Г^ соответствуют резонансным частотам этих резонаторов, т. е. цепь является несоразмерной, так как электрические длины эквивалентных отрезков линий передачи должны быть различными ( Х^, ф Гда2 ).

В основе структурного синтеза таких цепей лекит использование частотных свойств перехода микрополосковая линия-симметричная щелевая линия, отличительной особенностью которого является наличие отрезков СМПЛ(рис.1,е). Вследствие различия фазовых скоростей квази-Т-волн в системе связанных линий эквивалентный двухполюсник такой структуры имеет невырожденный спектр резонансных частот, что эквивалентно физической реализации последовательно или параллельно включенных в цепь резонаторов. Таким образом, достигается простота физической реализации многорезонансных цепей, которые и составляют элементный базис эллиптических лестничных фильтров. При этом реализация требуемого соотношения резонансных частот в многорвзонаторной цепи достигается введением скачка коэффициента

9-гттт-| I

Л"

а)

«Г

О-

-9

Л

1

б)

В)

г) д) 9)

Рис. 1. Базовые секции лестничных СВЧ' цепей, реализуемых на основе полосково-щэлевых структур

р *

ППФ

Рис.2. Структурный синтез ППФ 5-го порядка

связи на участке длины связашых линий.

Предложенный метод структурного синтеза эллиптических фильтров на осноЕе лестничных прототипов позволил выявить и каталогизировать в.базисе полосково-щелевых структур рациональные схемо-техшгееские решения канонических секций фильтров различных типов (фильтров нижних и верхних частот, полосно-пропускащих и полос-но-загравдавдих фильтров), отличающихся компактностью и обладающих. более высокими потенциальными возможностями по сравнению с традиционными схемами.

На рис.2 представлена в качестве примера процедура структурного синтеза плосно-пропускающего фильтра(ППФ) 5-го порядка, которая включает: частотное преобразование эллиптического прототипа-фильтра нижних частот(ФНЧ), переводящее последний в полосно-пропускаюший фильтр на элементах с сосредоточенными параметрами; частотное преобразование Ричардса, переводящее цепи с сосредоточенными параметрами в базис распределенных цепей(рис.2,б); тождественное преобразование параллельно включенных короткозамкнуто-го и разомкнутого шлейфов одинаковой электрической длины з корот-козамкнутые резонаторы удвоенной электрической длины со скачком Еолнового сопротивления на половине отрезка (рис.2,в). Такое преобразование позволяет снять ограничения в физической осуществимости структур.

Физическая реализация схемы с распределенными параметрами, представленной на рис.2,в, осуществляется в базисе ОИС в виде последовательной цепочки переходов микрополосковая линия-симметричная щелевая линия-микрополосковая линия(МПЛ-СЩЛ-МПЛ). При этом параллельно включенные в схему шлейфы 1 и 7 реализуются в виде короткозамкнутых четвертьволновых отрезков МПЛ, а шлейф 4 - в виде короткозамкнутой полуволновой СЩЛ, выполненной во втором слое металлизации. Последовательно включенные в цепь резонаторы

2 и 3, а также 5 и 6 реализуются в виде связанных четвертьволновых короткозамкнутых отрезков МШ1. Фактически Г-образная цепь, образованная резонаторами 2, 3 и 4, реализуется в виде первого перехода между МПЛ и СЩ. При этом нагрузкой для' еходной ЮТ служит входной импеданс системы двух связанных короткозамкну-тых МШГ, который эквивалентен последовательному соединению двух резонаторов с волновыми параметрами, соответствующими волновым параметрам связанных МПЛ при их четном и нечетном возбуждении. Г-образная цепь из резонаторов 4, 5 и 6 представляет собой зеркальное отражение предыдущей и реализуется в третьем(нижнем) слое металлизации (рис. 2.6, г). Таким образом, эллиптический ППФ 5-го порядка непосредственно реализуется в виде трехслойной структуры без введения дополнительных элементов или формирования дополнительных путей передачи энергии.

В третьей главе развивается метод параметрического синтеза интегральных структур, выявляются их потенциальные возможности и условия физической осуществимости. Приводятся результаты параметрического синтеза ППФ с учетом влияния элементов согласования на АЧХ фильтров и с его компенсацией.

Исследованы потенциальные селективные возможности полосково-щелевых структур и показано, что в этих структурах сняты конструктивно-технологические ограничения в близком расположении полюсов затухания относительно полосы пропускания, так как требуемый спектр частот полюсов затухания ППФ соответствует спектру резонансных частот системы связанных линий с низким физически реализуемым значением коэффициета электромагнитной связи К < 0.2 (слабосвязанные МПЛ).

В рамках приближенного синтеза распределенных цепей, основанного на замене колебательных контуров прототипа на сосредоточенных элементах на отрезки линий передачи с резонансными часто-

тэми, соответствующими резонансным частотам колебательных контуров, выявлены механизмы управления рабочими параметрами фильтров с полюсами затухания на конечных частотах. Показано, что согласование цепи, а та..¿':э компенсация влияния емкостных элементов согласования на рабочее затухание фильтра в области второй гармоники достигаются изменением волновых параметров только входного и выходного резонаторов. Управление шириной полосы пропускания без изменения-полосы заграждения может осуществляться изменением только волнового сопротивления щелевой линии и резонансной частоты входного и выходного резонаторов. Управление полосой пропускания при сохранении коэффициента прямоугольности АЧХ достигается только за счет изменения резонансных частот резонаторов. Полученные зависимости могут быть положены в основу алгоритма поиска приемлемого решения, удовлетворящэго условиям физической осуществимости структуры. Рассмотренный приближенный синтез ППФ приводит к решению, учитывающему особенности физической реализации (неравенство фазовых скоростей нормальных волн в СМЕЛ), так как ведется по заданному из прототипа невырожденному спектру резонансных частот 8::гивалентных резонаторов, однако требует значительного числа итераций.

Развит метод параметрического синтеза полосково-щелевых структур на основе применения преобразования Ричардса, который формально приводит к идеализированной соразмерной цепи, все отрезки линий передачи которой имеют одинаковую электрическую длину. Т. е. в процессе синтеза не учитывается эффект неравенства фазовых скоростей нормальных волн в СМПЛ. При этом требуемый невырожденный спектр резонансных частот эквивалентных четвертьволновых резонаторов достигается за счет скачка волновых сопротивлений (коэффициента связи) на половине их длины. Однако, если все 1-е слои объемной интегральной схемы выполнены из однородного

магнитодиэлектрика ( е^ = е^, = ц^), го полученное в рамках точного синтеза решение можно считать практически окончательным. Необходимо учесть только влияние конечной добротности резонаторов и дисперсию волновых параметров в СЩЛ.

В случав применения неоднородного магнитодиэлектрика в ОИС полученное с помощью преобразования Рячардса идеализированное решение может служить только первым приближением, так как наряду с учетом конечной добротности резонаторов и дисперсии волновых параметров СЩ необходимо учитывать эффект неравенства фазовых скоростей нормальных волн в СМПЛ.

В четвертой главе рассматриваются вопросы учета различных волновых особенностей интегральных структур. Исследуется влияние волновых особенностей и потерь в интегральных линиях передачи на рабочее затухание Ш5 и метод синтеза фильтров с учетом эффекта неравенства фазовых скоростей нормальных волн и компенсации влияния дисперсии. Так как в зависимости от конструктивного выполнения многослойной структуры ОИС могут проявляться только некоторые из волновых особенностей интегральных линий передачи, то их учет при синтезе фильтров проводится последовательно.

Показано, что дисперсия волновых параметров СЩЛ и эффект неравенства фазовых скоростей нормальных волн в СШЛ существенно влияют на рабочее затухание полосково-щелевых структур, синтезированных без учета этих волновых особенностей врвьжвх приближения соразмерной цепи, но с учетом компенсации влияния элементов согласования(рис.3, кривая 1). При этом, если влияние дисперсии в СЩЛ проявляется в основном в формировании паразитных полос пропускания на гармониках, то неравенство фазовых скоростей нормальных волн приводит к существенным искажениям АЧХ как в полосе пропускания и переходной области затухания, так и на гармониках(кри-3»

Ар.АБ

Рис.3. Частотные зависимости рабочего затухания ЕГО 5-го порядка, реализуемых в базисе соразмерной (кривая 1) и несоразмерной цепей(кривая 2 -влияние эффекта неравенства фазовых скоростей, 1фивая 3 - синтез ШФ с учетом этого эффекта)

вая 2). Поэтому эти волновые особенности долены учитываться в процессе синтеза цепи, так как они отражают условия ее физической осуществимости в базисе полосково-щелевых структур.

Разработан метод параметрического синтеза несоразмерных цепей, основанный на установлении эквивалентности на конечных частотах параметров элементов соразмерной цепи, используемой в качестве исходного приближения, и несоразмерной цепи. Показано, что в практически важных случаях условия эквивалентности соразмерной и несоразмерной цепей достаточно установить всего лишь на ограниченном числе конечных частот( на частотах полюсов затухания и центральной частоте полосы пропускания), которое соответствует порядку цепи. Этот метод позволяет осуществлять синтез несоразмерных цепей с учетом волновых особенностей линий передачи и условий физической осуществимости структур. При этом синтез цепей осуществляется не только с учетом тех или иных волновых особенностей линий передачи(дисперсии, эффекта неравенства фазовых скоростей нормальных волн), но и с компенсацией негативного влияния этих особенностей на рабочее затухание фильтров(рис.3, кривая 3).

Основные результаты работы

1. Дальнейшее развитие получил в диссертации принцип построения микрополосковых фильтров, заключающийся в рациональном использовании волновых и конструктивно-технологических особенностей комбинации щелевой и связанных микрополосковых линий передачи, что позволило выявить ранее не реализованный запас потенциальных возможностей переходов между микрополэсковой и симметричной щелэ-_ вой линиями и создать на этой основе новый тип фильтров с параметрами, практически недостижимыми при использовании традиционных принципов построения.

2. Предложен метод структурного синтеза эллиптических фильтров на основе лестничных прототипов, который позволил выявить и

каталогизировать в базисе полосково-щелевых структур рациональные схемотехнические решения канонических секций фильтров различных типов, отличающихся компактностью и обладающих более высокими потенциальными возможностями по сравнению с традиционными схемами.

3. Исследованы потенциальные селективные возможности полос-ково - щелевых структур и показано, что в этих структурах сняты конструктивно-технологические ограничения в близком расположении полюсов затухания относительно полосы пропускания, так как требуемый спектр частот полюсов затухания ППФ соответствует спектру резонансных частот системы связанных линий с низким физически реализуемым значением коэффициента электромагнитной связи К < 0.2 (слабосвязанные МШ1).

4.Определены механизмы управления частотными свойствами канонических секций фильтров на основе полосково-щелевых структур, а также методы компенсации влияния дисперсии в СЩ, элементов согласования и эффекта неравенства фазовых скоростей нормальных волн в связанных МПЛ. Показано, что компенсация отмеченных выше факторов как в канонических секциях, так и фильтрах высоких порядков достигается введением скачка волновых сопротивлений линий передачи, образующих, соответствующие элементы(резонаторы) схемы.

5. Показано, что дисперсия волновых параметров СЩ и эффект неравенства фазовых скоростей нормальных волн в СМШГ существенно влияют на рабочее затухание полосково-щелевых структур, синтезированных без учета этих волновых особенностей в рамках приближения соразмерной цепи. При этом, если влияние дисперсии в СЩЛ проявляется в основном в формировании паразитных полос пропускания на гармониках, то неравенство фазовых скоростей нормальных волн приводит к существенным искажениям АЧХ как в полосе пропускания и переходной области затухания, так и на гармониках.

6. Разработан метод параметрического синтеза несоразмерных

цепей, основанный на установлении эквивалентности на конечных частотах параметров элементов соразмерной цепи, используемой в качестве исходного приближения, и несоразмерной цепи, который позволяет осуществлять синтез этих цепей с учетом волновых особенностей линий передачи и условий физической осуществимости структур. При этом синтез цепей осуществляется на только с учетом тех или иных волновых особенностей линий передачи (дисперсии, эффекта неравенства фазовых скоростей нормальных волн), но и с компенсацией негативного влияния этих особенностей на рабочее затухание фильтров.

Показано, что в практически важных случаях условия эквивалентности соразмерной и несоразмерной цепей достаточно установить всего лишь на ограниченном числе конечных частот( на частотах полюсов затухания и центральной частоте полосы пропускания), которое соответствует порядку цепи.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ

1. Аристархов Г. М., Ли Дэн Мок. Канонические секции эллиптических фильтров на онове полосково-щелевых структур// Антенны и пассивные устройства СВЧ/ Деп. в ЦНТИ "Информ-связь". -1994. Л 2001-св 94, С. 2-18

2. Аристархов Г. М., Ли Ден Мок. Синтез эллиптических фильтров в базисе объемных интегральных схем СВЧ// Интегральная электроника в системах связи/ Деп. в ЦНТИ "Информсвя-зь". -1994. гё 2006-св 94, С. 2-16.

«Додаисано в печать 16.II.94 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 1,2 усл.п.л. Тираж 100 8кз. Заказ 311. Бесплатно.

ООП МП "Информовяз ьяздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.