автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Миниатюрные СВЧ устройства с расширенными функциональными возможностями с применением многослойной керамической технологии

На правах рукописи

4ЦОО£и°

Капитанова Полина Вячеславовна

МИНИАТЮРНЫЕ СВЧ УСТРОЙСТВА С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОСЛОЙНОЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность: 05.12.07 - Антенны и СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 053 2011

Санкт-Петербург - 2011

4856206

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» имени В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Вендик Ирина Борисовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Головков Александр Алексеевич кандидат технических наук, Плескачев Владимир Владимирович

Ведущая организация: ОАО Холдинговая компания «Ленинец»

Защита состоится у>ис.е^Г4 20^г. ъ/4е?с? часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «/'г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

С.А. Баруздин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современные приемопередающие модули, применяемые в радиолокации и радионавигации, космической технике, мобильной связи, содержат пассивные устройства сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, такие как фильтры, направленные ответвители, делители-сумматоры мощности и др. В связи с быстрым развитием и постоянным усовершенствованием телекоммуникационных систем к СВЧ устройствам в их составе применяются жесткие требования: малые размеры, низкая себестоимость и высокая степень интеграции с использованием современных интегральных технологий.

Для поддержки множества различных стандартов передачи данных физического уровня необходимы миниатюрные пассивные СВЧ устройства с расширенными функциональными возможностями или принципиально новыми характеристиками. Актуален анализ и разработка многополосных, перестраиваемых СВЧ устройств с произвольными центральными частотами для эффективной работы в нескольких некратных частотных диапазонах.

Распространение электромагнитной волны вдоль наиболее широко используемых на практике длинных линий характеризуется положительной дисперсией. Фазовая и групповая скорости в таких длинных линиях сона-правленны. В дальнейшем будем их называть линиями с положительной дисперсией (ЛПД). В последнее время возрос интерес к применению длинных линий с отрицательной дисперсией (ПОД) для разработки СВЧ устройств. Фазовая и групповая скорости в отрезке ЛОД имеют противоположное направление. Отрезки ЛОД можно выполнять как искусственные длинные линии на сосредоточенных элементах. В данной работе предлагается использовать комбинацию искусственных отрезков ЛПД и ЛОД вместо использования исключительно распределенных ЛПД в составе СВЧ устройств. Это позволит управлять законом дисперсии и откроет новые возможности для обеспечения уникальных свойств пассивных СВЧ устройств. В работе исследуются дисперсионные характеристики отрезков искусственных ЛОД. Представлены уникальные топологии и результаты экспериментального исследования многополосных перестраиваемых СВЧ устройств, выполненных на основе отрезков ЛОД.

Приоритетной целью диссертационной работы является разработка СВЧ устройств по современным многослойным интегральным технологиям, обеспечивающих низкую себестоимость, компактность и простоту производства устройств.

Цель диссертационной работы — разработка миниатюрных многослойных СВЧ устройств с расширенными функциональными возможностями или принципиально новыми свойствами для применения их в современных системах телекоммуникаций.

Цель диссертационной работы была достигнута решением следующих задач:

1) Исследование частотных характеристик отрезков искусственных ЛОД.

2) Разработка новых методов проектирования многополосных СВЧ устройств с учётом уникальных свойств отрезков искусственных ЛОД, используемых для их построения.

3) Моделирование характеристик миниатюрных многослойных и перестраиваемых направленных ответвителей и СВЧ фильтров, выполненных на основе комбинации отрезков искусственных ЛПД и ЛОД по многослойным интегральным технологиям.

4) Экспериментальная верификация характеристик разработанных устройств.

Научная новизна работы:

1) Предложено использовать многослойную сэндвич технологию для разработки миниатюрных СВЧ устройств.

2) Предложен метод проектирования перестраиваемого гибридного кольца на сосредоточенных элементах и метод оценки ширины полосы перестройки его характеристик.

3) Предложено включить отрезок ЛОД в центр разомкнутого полуволнового резонатора для создания многомодовой структуры с произвольным распределением резонансов.

4) Предложен метод создания многомодового резонатора и двухполосного СВЧ фильтра на его основе с произвольными резонансными частотами двух соседних полос пропускания и возможностью подавления паразитных полос пропускания.

5) Показана возможность совместной или индивидуальной частотной перестройки полос пропускания двухполосного полосно-пропускающего СВЧ фильтра.

Основные методы исследования;

а) Теоретические: методы теории цепей, компьютерное моделирование.

6) Экспериментальные.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Относительный диапазон перестройки гибридного кольца на отрезках искусственных ЛПД и ЛОД, определенный отношением верхней и нижней центральных частот полос пропускания, ограничен допустимым уровнем рассогласования на крайних центральных частотах диапазона перестройки и равен КСВН.

2) Использование комбинации отрезков ЛПД и ЛОД вместо использования исключительно отрезков ЛПД в плечах направленных ответвителей приводит к изменению закона дисперсии вдоль плеч и позволяет разработать двухполосные устройства с произвольными центральными частотами полос пропускания.

3) При изменении параметров управляющих элементов в составе отрезков искусственных ЛПД и ЛОД перестраиваемого двухполосного фильтра можно обеспечить различные варианты перестройки верхней и нижней полос пропускания. Изменение параметров управляющих элементов в составе отрезка искусственной

ЛОД, включенного в центр разомкнутого полуволнового резонатора, приводит к перестройке только нижней полосы пропускания, при этом положение верхней полосы пропускания остается постоянным.

Практическая значимость результатов работы:

1) Предложенные в работе методы проектирования могут быть использованы для разработки многополосных СВЧ устройств систем сотовой и спутниковой радиосвязи, локальных беспроводных сетей Bluetooth и WLAN и Интернет по технологии Wi-Fi и Wi-MAX.

2) Многослойная сэндвич технология может эффективно применяться для разработки миниатюрных устройств в нижней части СВЧ диапазона (до 5 ГГц).

3) Использование управляющих элементов в составе отрезков ЛЦД и/или ЛОД может быть использовано для разработки перестраиваемых устройств, рабочие полосы которых перестраиваются индивидуально или совместно.

Апробация работы;

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

На международных конференциях: 11th, 12th, 13th, 15th, 16th International Student Seminar «Microwave Application of Novel Physical Phenomena» (2004, 2005, St. Petersburg, Russia; 2006, Rovaniemi, Finland; 2008, St. Petersburg, Russia; 2009, Oulu, Finland); 15 и 16 международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» ( 2005 г., 2006г., Севастополь, Украина); 16th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications (2006, Krakow, Poland); Microwave Materials And Their Applications Conference (2006, Oulu, Finland); 37th, 38th, 39th European Microwave Conference (2007, Munich, Germany; 2008, Amsterdam, The Netherlands; 2009, Rome, Italy); International IEEE Conference EUROCON (2009, St. Petersburg, Russia); 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (2009, London, UK);

На семинарах: профессорско-преподавательского состава СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» 2007, 2008, 2009, 2010г, научно-технические семинары «Современные проблемы техники и электроники СВЧ» 2008,2009,2010г.

Часть работы проводилась в рамках международного проекта «Network of Excellence METAMORPHOSE (Metamaterials Organised for Radio Frequency and Photonics Superlattice Engineering)»/ 6-th Framework Program of the European Commission - Project No. 500252,2004 - 2008 гг.

Изготовление тестовых образцов устройств и их экспериментальное исследование было возможно благодаря стипендии 14-го всероссийского открытого конкурса на стипендии президента Российской Федерации для обучения за рубежом в 2007-2008 гг. (приказ №816 от 10.05.2007)

Публикации: Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 41 научной работе, из них по теме диссертации 41, в том числе: 6 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендо-

ванных в действующем перечне ВАК; 1 публикация в других журналах; 1 глава книги, 33 публикации в материалах международных и всероссийских научно-технических конференциях. Доклады обсуждались и получили одобрение на 20 международных и всероссийских научно-технических конференциях

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включает 76 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, а также сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертационной работы посвящена обзору литературы по теме работы.

В главе рассмотрены традиционные длинные линии, которые характеризуются положительной дисперсией. Отсюда возникает термин длинные линии с положительной дисперсией (ЛПД). Отрезки ЛПД могут быть выполнены как длинные линии с распределенными параметрами, так и искусственные длинные линии на сосредоточенных элементах, состоящие из последовательно включенных индуктивностей и параллельно включенных емкостей.

Следуя принципу дуальности, рассмотрена длинная линия с последовательно включенными емкостями и параллельно включенными индуктивно-стями. Показано, что распространение электромагнитной волны вдоль такой линии подчиняется левой тройке векторов Ё,Н,П, фазовая и групповая скорости имеют противоположное направление. Закон дисперсии в линии отрицателен и имеет обратную зависимость от частоты. Принято называть такие длинные линии линиями с отрицательной дисперсией (ЛОД). Отрезки ЛОД могут быть исполнены только в виде искусственных длинных линий. Удобно использовать элементарные Т или П — ячейки на сосредоточенных элементах. Найдены аналитические выражения, устанавливающие на центральной частоте связь между номиналами сосредоточенных элементов Т и П-ячеек отрезков искусственных ЛПД и ЛОД и волновым сопротивлением и электрической длиной их распределенных аналогов.

Вторая глава посвящена разработке миниатюрных направленных ответ-вителей (НО) и делителей мощности СВЧ для систем беспроводной связи Bluetooth и WLAN (2,4-2,5 ГГц) с использованием современных многослойных интегральных технологий и экспериментальному исследованию характеристик тестовых образцов устройств.

В нижней части СВЧ диапазона размеры НО, традиционно исполняемых на отрезках ЛПД, достаточно велики, что затрудняет их использование в миниатюрных приемопередающих модулях систем беспроводной связи. Значи-

тельного уменьшения размеров НО можно достичь путем эквивалентной замены распределенных отрезков ЛГЩ в плечах устройства отрезками искусственных ЛПД или ЛОД на сосредоточенных элементах и исполнением схем по многослойным интегральным технологиям.

В главе представлены эквивалентные схемы квадратурных и дифференциальных НО на сосредоточенных элементах. Эквивалентная схема квадратурного НО (рис. 1) получена после замены шлейфов в горизонтальных плечах шлейфного НО отрезками искусственных ЛПД в виде сосредоточенных П - ячеек, а шлейфов в вертикальных плечах устройства - отрезками искусственных ЛОД в виде емкостных П-ячеек инверторов проводимости. Отрицательные емкости в составе инверторов на входах устройства суммировались с положительными емкостями П-ячеек и представлены емкостями Сг- В случае дифференциального делителя мощности СВЧ на основе гибридного кольца длинная линия электрической длинной 270° в составе устройства может быть представлена как отрезок ЛОД с электрической длиной -90°. На рис. 2 показана эквивалентная схема гибридного кольца, полученная после замены отрезков ЛПД и ЛОД эквивалентными П-ячейками на сосредоточенных элементах. Параллельные контуры на входах 1 и 4 настроены в резонанс на центральной частоте /о и были исключены из схемы с полным сохранением поведения последней на частоте /о- Параллельные емкости на входах 2 и 3 устройства суммировались и представлены емкостями Сг-

Для практической реализации схем НО на сосредоточенных элементах удобно использовать многослойные интегральные технологии. Рассмотрены две интегральные технологии: многослойная технология на основе керамики с низкой температурой обжига (КНТО) и многослойная технология изготовления керамических плат с многоуровневой коммутацией, так называемая сэндвич технология. КНТО технология хорошо известна и давно применяется для разработки СВЧ устройств. В отличие от нее, сэндвич технология ранее применялась на низких частотах (до 100 МГц) для многоуровневой коммутации плат и впервые была использована для разработки устройств СВЧ диапазона. По многослойным технологиям емкосгаые элементы схем выполнялись как плоско-параллельные конденсаторы, индуктивные элементы как витковыс ицдукшвноста, обкладки и витки которых располагались в разных слоях структуры.

По схеме рис. 1 были разработаны и экспериментально исследованы ЗдБ, 4,5 дБ и 10 дБ НО. Многослойная реализация 10 дБ НО по сэндвич технологии показана на рис. 3. Размер интегральной схемы составил 6,5 мм * 7,2 мм * 1,1 мм, что

Д

з

■^тЬ^о 4

1 г

Рис. 1.

I т

Рис. 3

Рис.4

соответствует линейным размерам в длинах волн: 0,15 Xg х 0,16 Xg х0,01 Xg. Фотография тестового образца устройства приведена на рис. 4.

Измеренные АЧХ и ФЧХ 10 дБ НО показаны на Рис. 5 в сравнении с результатами схемотехнического моделирования. В рабочей полосе частот 2,42,5 ГГц измеренные коэффициент отражения и развязка лучше -20 дБ. Неравномерность деления мощности между выходными плечами не хуже ±1,5 дБ. Неравномерность разности фаз выходных сигналов составляет ±1,5°. Измеренные характеристики НО повторяют результаты схемотехнического моделирования, что подтверждает возможность широкого применения сэндвич технологии на СВЧ.

Далее рассмотрены многослойные реализации миниатюрных делителей мощности СВЧ на основе гибридного кольца (рис. 2), разработанных по сэндвич и КНТО технологиям. Многослойная реализация и фотография тестового образца сверхминиатюрного гибридного кольца, выполненного по КНТО технологии, представлены на рис. 6 и рис. 7. Размеры разработанного устройства составили 2,4 мм х2,4 мм х 1,3 мм, что соответствует линейным размерам в длинах волн: 0,055 Xg х 0,055 A,gx 0,03 Xg. Таких компактных размеров удалось достичь благодаря использованию пасты с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости (вг=30) между пластинами плоскопараллельных конденсаторов, что позволило значительно уменьшить занимаемую ими площадь. Измеренные характеристики устройства сравниваются с характеристиками, полученными в ходе электродинамического моделиро-

^ И---Эквивалентная схема

-50

01 ——....,. ^

2 2,1 2,2 2,3 2,4 2.5 2.6 2,7 2,8 2,9 3 Частота, ГГц

- Эксперимент

30

вания структуры с учетом потерь на рис. 8. В рабочей полосе частот устройства 2,42,5 ГГц измеренные коэффициент отражения и развязка лучше -18 дБ. На центральной частоте 2,45 ГГц устройство обеспечивает равное деление мощности между выходными плечами. Неравномерность деления мощности составляет ±0,2 дБ. Измерен-

;

Рис. 6

о иа

н сг х

й) ее

X 5 =Г X

■е-

О ПЗ

о о.

1801-

2,25 2,5 2,75 Частота, ГГц Рис. 8

Рис. 7

ная разность фаз между выходными сигналами равна 180+3°.

Третья глава диссертации посвящена разработке перестраиваемого гибридного кольца на основе перестраиваемых отрезков искусственных ЛПД и ЛОД и экспериментальному исследованию его характеристик. В качестве схемы-прототипа использована схема рис. 2.

Исследованы перестраиваемые искусственные отрезки ЛПД и ЛОД, в которых перестраиваются только емкостные элементы, а индуктивные остаются постоянными. Аналитически показано, что относительный диапазон перестройки гибридного кольца на отрезках искусственных ЛПД и ЛОД, определенный отношением верхней и нижней центральных частот полос пропускания, ограничен допустимым уровнем рассогласования на крайних центральных частотах диапазона перестройки и равен КСВН:

/« НГ1

= КСВН,

/о, 1-М

гдеУо1 и/02 -нижняя и верхняя центральные частоты в полосе пропускания.

Произведена предварительная оценка ширины полосы перестройки гибридного кольца на сосредоточенных элементах при условии, что допустимый уровень рассогласования на центральной частоте равен Гдоп= ±0,18, что соответствует коэффициенту отражения -15 дБ. Центральная частота полосы пропускания гибридного кольца в исходном состоянии (до перестройки) /о= 1,8 ГГц. По формуле (1) получено 702= 1>5;/о1. Прогнозируемые значения центральных частот полос пропускания гибридного кольца в полосе перестройки, на которых отражение будет не хуже -15 дБ, составляют /о, = 1,4 ГГц и/и = 2,1 ГГц.

На рис. 9 показана эквивалентная схема перестраиваемого гибридного кольца с варикапами в качестве перестраиваемых емкостей и цепями подачи управляющего напряжения. Фотография тестового образца устройства, выполненного по КНТО технологии, представлена на рис. 10. Индуктивности Li выполнены в объеме КНТО структуры. Для реализации остальных элементов схемы использовались промышленные компоненты, смонтированные на поверхность КНТО модуля по средствам поверхностного монтажа.

АЧХ и ФЧХ устройства, измеренные при значениях управляющего напряжения 1 В, 3 В и 5 В показаны на Рис. 11. Согласно измерениям, на центральных частотах полос пропускания устройство обеспечивает равное деление мощности между выходными плечами при всех приложенных напряжениях. Вносимые потери на центральных частотах не превышают 1.3 дБ. Неравномерность деления мощности между выходными плечами в полосе 200 МГц на каждой центральной частоте не хуже ±1 дБ. Измеренные развязка и коэффициент отражения лучше -15 дБ на частотах 7^=1,4 GHz и fai=2,2 GHz, что соответствует результатам аналитического расчета и электродинамического моделирования.

В четвертой главе предложен и апробирован метод проектирования двухполосных НО с произвольно выбранными центральными частотами полос пропускания на основе отрезков искусственных ЛПД и ЛОД.

Частоты полос пропускания традиционных НО строго фиксированы и определятся частотными свойствами четвертьволновых отрезков ЛПД в плечах устройства. Предложенный метод основан на том, что для проектирования двухполосного НО с произвольными центральными частотами полос пропускания необходимо изменение закона дисперсии отрезков длинных линий в плечах устройства. Для этого в каждом плече устройства вместо четвертьволнового отрезка ЛПД предлагается использовать комбинацию отрезков ЛПД и ЛОД. При условии равенства волновых сопротивлений отрезков ЛПД и ЛОД фазовый набег вдоль плеча можно суммировать: <Pi{f) = (p,[f)+(pR{f) • В соответствии с законами дисперсии, частотно-

о 1Д £ *

0) о;

■8 ?! ■е-"

ого__

о О.-20

3- 5-30

--—-

Б41 \ Э21 ^ Аф 1В

/

\ х-хX \

53( Ц 811 \\ \

д§

90 а

(С в

О

1,2 1.4 1,6 1.8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 Частота, ГГц

(2)

зависимые фазовые набеги вдоль отрезков ЛПД и ЛОД могут быть записаны, как = % (/о )■///„ и <Рь (/) = Ч>1 (/о )•/»// соответственно. <РкОо) и -значения фазовых набегов отрезков ЛПД и ЛОД на частоте /о. Предположив, что необходимо обеспечить работу устройства на частотах /о и у], можно записать систему уравнений:

РЛС/оКРЛ/ОЬ^С/О) <Рь (/о )/т + (Л )'т = Рх (У! )' где т-/\1 /о. Следует помнить, что устройство обеспечивает деление мощности между выходными плечами, когда суммарный набег фазы вдоль плеч составляет ±90° или ±270°. Решив систему уравнений (2), для выбранного отношения частот т, можно найти значения фазовых набегов для отрезков ЛПД (№</о)) и ЛОД (^</0)) на частоте/0.

В главе представлены практические реализации и результаты экспериментального исследования двухполосных НО с центральными частотами/о = 0,9 ГГц и/1 = 1,8 ГГц (т-2). В качестве схем-прототипов послужили Рис. 11 шлейфный НО и мост Уилкинсона.

На рис. 12 показана эквивалентная схема моста Уилкинсона с центральными частотами /0 = 0,9 ГГц и / = 1,8 ГГц. Из системы уравнений (2) были найдены электрические длины отрезков ЛПД и ЛОД (<рк(/о)) и ЛОД (%(/о)) на частоте /0. Далее отрезки ЛОД были представлены в виде искусственных Т-ячеек на сосредоточенных элементах. Отрезки ЛПД выполнены как элементы с распределенными параметрами. Устройство было изготовлено на диэлектрической подложке с использованием навесных элементов для реализации искусственных ЛОД (рис. 13). Размер устройства составил 35 мм х 20 мм.

Результаты экспериментального исследования характеристик двухполосного моста Уилкинсона с центральными частотами / = 0,9 ГГц и /1 = 1,8 ГГц показаны на рис. 14. Устройство обеспечивает равное деление мощности между выходными плечами на заданных частотах. Неравномерность деления мощности между выходными плечами составляет ±0,6 дБ в полосе частот 100 МГц на центральных частотах. Коэффициент отражения по входу и развязка выходных плеч лучше -15 дБ и -10 дБ на частотах /0 и /

1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 Частота, ГГц

с

Рис. 12

соответственно. Небольшое рассогласование характеристик устройства вблизи полосы пропускания на частоте /1 = 1,8 ГГц можно объяснить достаточно большим разбросом номиналов навесных элементов (±10%).

Пятая глава диссертации посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию характеристик нового типа многомодового резонатора на основе отрезков ЛПД и ЛОД, пригодного для получения многополосного фильтра с произвольно заданными частотами двух соседних полос пропускания. Оценивается возможность частотной перестройки полос пропускания фильтра за счет включения управляющих элементов в состав отрезков искусственных ЛПД и ЛОД. Приводятся результаты моделирования и экспериментального исследования характеристик устройств.

Формулируется и решается задача проектирования многомодового резонатора с произвольно заданными резонансными частотами соседних резо-нансов и с подавлением резонансов высших гармоник. Для решения этой задачи предлагается рассматривать резонатор со скачком волнового сопротивления при симметричном включении отрезков ЛПД и ЛОД. При этом отрезки ЛОД находятся в центре структуры резонатора, как показано на рис. 15. Для анализа резонатора использован аппарат АВСБ-матриц. Для резонатора рис, 15 АВСБ-матрица имеет вид:

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2, Частота, ГГц

~л в'

С D

cos г/'s

9r iZR sin 0R in 9r cos 0r

cos 8,

-iZ, sine,

- iZ, sin eL COS eL

COS 0,

COS0K

iZR] sm0R

cos во

(?)

где ZR и Z, - волновые сопротивления отрезков ЛПД и ЛОД; 0R=0R(ff¡) f/f и &l=Ol(Ío)f/f о ~ частотно-зависимые электрические длины отрезков ЛПД и ЛОД; Buffo) й eL(f0) - значения электрических длин отрезков ЛПД и ЛОД, определенные на частоте/д. Электрическая длина отрезка ЛПД положительна, а отрезка ЛОД - отрицательна. В случае, когда они компенсируют друг друга, т.е. эффективная электрическая длина резонатора 6ejf= 0, можно говорить о резонансе нулевого порядка (и=0), которого не существует в традиционном резонаторе на отрезке длинной линии с распределенными параметрами. Также следует отметить, что на частотах, больших частоты нулевого резонанса (/о), будут возбуждаться резонансы высших гармоник ffufi.-. /+„), обусловленные большим вкладом отрезка ЛПД, а на частотах, меньших частоты нулевого резонанса - резонансы высших гармоник (f.\, f-2- ■ ■ f-n), обусловленные большим вкладом отрезка ЛОД.

Перемножив матрицы в (3) найдем элементы полной ABCD-матрицы: А = D - co&20R cos 20 L +0.5(ZR[ + Z RL)sin 20 R sin20 L

B = iZR{sui20Rcos20L + 0.5 sin 20^(2^ -Z¿)-0.5sin2£¿ cos2^(Z¿ +ZRL)) (4) С = iZR (sin 20R eos 201 + 0.5 sin 20L (Z¿ - ZM) - 0.5 sin 10L eos 20R (Z¿ + )) где ZRL=ZR/ZL.

Условия резонанса в общем виде определяются выражениями: ¡ .v..(./j - 2 м : я/. ,с/.,,П) \

larg(S2,(/„)) = ^ где п = 0,±1,±2,...

Перепишем систему уравнений (5), подставив в нее значения элементов матрицы из (4) и пронормировав к ZR:

(cos 20 R (/„)/„ //„ cos 2(9,, (/„)/0 //„ + 0.5(Z¿ + ги) sin 20, (/„)/„ //„ sin 20« (/„)/„ /„ )2 + (sin2<9S(/о)/„ /о cos2$, (/о)/0, /„ -0.5(Z¿ +Zffi)sin2^(/„)/„//„ cos(/„)/,;/„)2 =1

(5)

arctan(

- sin(/о )/„ /;.a)s2(/.(./;j /0 //„ + 0.5(Z„! + )sin ,.(/,>/о //„ cos (/„) Д//0 cos 20й (/,)/„ //„ cos 2<?, (/„) /0, /„ + 0.5(Z¿ + Z/iA) sin 2<Л (/0)/0 //„ sin 2é?R (/0) /„ //0

OI

I l

I

o-

1 I

(6)

Используя условия резонанса, можно выполнить синтез многомодового

0 резонатора с произвольно за-

1 данными резонансными час--я • I тотами. Исходными данными

О служат требуемые резонанс-►] ные частоты. Из системы

уравнений (6) определяются

3—0—I.

' Z0' Qeff'

Рис. 15

#

■е

"100

Частота, ГГц

Рис. 16

электрические длины отрезков лпд (огЩ) и лод (в,т

на частоте /0. В этом случае отношение волновых сопротивлений отрезков ЛПД и ЛОД является подго-

ночным параметром, который эффективно влияет на положение резонансов, что проиллюстрировано на рис. 16. А именно, изменяя значение можно подавить резонансы высших гармоник (/+2, /з... /+„), если они являются паразитными, или настроить их на нужную частоту при необходимости их использования.

По описанной выше методике произведен синтез резонатора с некратными резонансными частотами /+¡=2 ГГц и/+2=3 ГГц, разработана его многослойная КНТО структура. Измеренные характеристик пяти тестовых образцов резонатора показали наличие резонансных откликов на требуемых частотах 2 ГТц и 3 ГГц и подавление резонансов высших гармоник по уровню -30 дБ до 8 ГТц.

На основе двухмодового резонатора с некратными резонансными частотами /+1=2 ГТц и /+2=3 ГТц был синтезирован двухполосный ППФ. Измеренные АЧХ 5 тестовых образцов ППФ, выполненного по КНТО технологии, представлены на рис. 17 в сравнении с АЧХ, полученными в ходе электродинамического моделирования многослойной структуры фильтра. Измеренные вносимые потери не превышают -2,5 дБ и -4 дБ на центральных частотах устройства. Обеспечено согласование лучше -15 дБ в полосах пропускания. Паразитные резонансы высших гармоник подавлены по уровню -35 дБ и не наблюдаются до 10 ГТц.

Перестраиваемый двухполосный ППФ был получен путем включение

управляющих элементов вместо постоянных емкостей отрезков искусственных ЛПД и ЛОД. На рис. 18 представлена' фотография тестового образца перестраиваемого ППФ, в котором управляющие элементы включены только в состав искусственных ЛОД. В ходе экспериментального исследования характеристик фильтра было показано, что при изменении управляющего

-20

=г

s

|

та е

0 Ш

е чо

11 ■§•8-60 ■& й

В 1

1 -80

Б21

\ / Ж>/

Б11

к 1 1 ! \

|| || 1 —Многослойная структура — Эксперимент

! 1 1 ! 1

5 6 7 8 Частота, ГТц

10 11 12

Частота. ГГц

Рис. 18 Рис. 19

напряжения изменяется положение только нижней полосы пропускания (рис. 19). Положение верхней полосы пропускания остается неизменным. Нижняя полоса пропускания перестраивается в частотном интервале 1,752,25 ГГц (28%). Такое поведение характеристик перестраиваемого двухполосного ППФ объясняется распределением тока и напряжения вдоль резонатора.

Был рассмотрен перестраиваемый двухполосный ППФ, в котором управляющие элементы были включены как в отрезки искусственных ЛОД, так и в отрезки искусственных ЛПД. Показано, что, выбирая определенные значения напряжений на управляющих элементах отрезков искусственных ЛПД и ЛОД, можно обеспечить различные варианты перестройки верхней и нижней полос пропускания фильтра, в частности, с сохранением относительной полосы пропускания или с сохранением абсолютного значения полосы пропускания для обеих частотных полос.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в рамках диссертационной работы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК России:

[1] Vendik, I. В. Digital Phase Shifters Based on Right- and Left-Handed Transmission Lines (Цифровой фазовращатель на длинных линиях с положительной и отрицательной дисперсией) [текст] /1. В. Vendik, О. G. Vendik, D. V. Kholodnyak, Е. V. Serebryakova, and P. V. Kapitanova // Journal of the European Microwave Association. - 2006. - V. 2. - P. 30-37.

[2] Vendik, I. Microwave devices based on transmission lines with positive/negative dispersion (СВЧ устройства выполненные на основе длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией) [текст] / I. Vendik, D. Kholodnyak, I. Kolmakova, E. Serebryakova, and P. Kapitanova // Microwave and Optical Technology Letters. - 2006. - V. 48, № 12. - P. 2632 - 2638.

[3] Kapitanova, P. V. Multilayer thick-film technology as applied to design of microwave devices (Многослойная толстопленочная технология в применении к СВЧ устройствам) [текст] / P. V. Kapitanova, А. V. Simine, D. V. Kholodnyak,

and I В. Vendik // Journal of the European Ceramic Society. - 2007. - № 27.- P. 2941-2944.

[4] Vendik, I. Miniature microwave devices based on a combination of natural right-handed and metamaterial left-handed transmission lines (Миниатюрные СВЧ устройства основанные на комбинации длинных линий с положительной дисперсией и метаматериальных длинных линий с отрицательной дисперсией) [текст]/1. Vendik, D. Kholodnyak, Е. Serebiyakova, and P. Kapitanova // The European Physical Journal Applied Physics. -2009. - V. 46, № 3.. pp. 45.48.

[5] Kapitanova, P. Right- and left-handed transmission line resonators and filters for dual-band applications (Резонаторы и фильтры для двухполосного применения на основе длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией) [текст] / P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Miiller, M.A. Hein, and I. Vendik // Microwave and Optical Tech. Lett. - 2009. - V. 51, № 3, pp. 629-633.

[6] Kapitanova, P. Tuneable Microwave Devices Based on Left/Right-Handed Transmission Line Sections in Multilayer Implementation (Перестраиваемые СВЧ устройства с использованием длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией в многослойном исполнении ) [текст] / P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller, M. A. Hein, and I. Vendik // Int. Journal of Microwave and Wireless Technologies. - 2009. - V. 1, № 4. - P. 323-329.

Глава книги

[7] Vendik, I.B. Microwave phase sifters and filters based on a combination of left-handed and right-handed transmission lines (СВЧ фазовращатели и фильтры основанные на комбинации отрезков длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией) [текст]/ I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, P.V. Kapitanova// Metamaterial Handbook, Applications of Metama-terials.-New York, 2009.-V. 13.-P. 13-1-13-21.

Другие статьи и материалы конференций:

[8] Капитанова, П.В. Исследование параметров пассивных СВЧ компонентов, выполненных по многослойной интегральной технологии [текст] / П.В. Капитанова, А.В. Симин, Д.В.Холодвяк II Известия ВУЗов России, серия "Радиоэлектроника". - 2005, Вып. 1. -С. 75-81.

[9] Kapitanova, P.V. Investigation of microwave passive components based on multilayer "Sandwich" technology [текст] / P.V. Kapitanova, A.V. Simine, and D.V. Kholodnyak II Proc. of 11th Int. Student Seminar on Microwave Application of Novel Physical Phenomena. -2004. -P. 48-50.

[10] Симин, А. В. Пассивные компоненты интегральных схем СВЧ, выполненные по многослойной "сэндвйч"-технолопш [текст] / А. В. Симин, П.В Капитанова., Д.В. Холодняк,. И.Б. Вендик // Сб. трудов 15 международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». - 2005. - С. 508-510.

[11] Kapitanova, P. Application of Sandwich Multilayer Technology to MICs Design [текст] / PiCapitanova, A Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. Of 35th European Microwave Conf.-2005.-P. 389-392.

[12] Vendik, 13. Passive microwave devices based on LTCC and Sandwich multilayer technologies [текст] / I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, A.V. Simine, P.V. Kapitanova, P. A. Turalchuk, and IA. Fischuk // Proc. of the 5th IEEE-Russia Conf. MEMIA - 2005. - P. 70-75.

[13] Vendik, I.B. Potential benefits for left/right-handed transmission lines for microwave applications [текст] / I.B. Vendik, O.G. Vendik, D.V. Kholodnyak, E.V. Serebiyakova, and P.V. Kapitanova // Proc. Of the 5th IEEE-Russia Conference MEMIA. - 2005. - P. 76-81.

[14] Kapitanova, P. Multilayer passive microwave devices using the sandwich technology [текст] / P. Kapitanova, A. Simin, and D. Kholodnyak // Proc. of 12th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena. - 2005. - P. 74-76.

[15] Kapitanova, P. Design of quasi-lumped-element filters and directional couplers using multilayer technologies [текст] / P. Kapitanova, P. Turalchuk, I. Fischuk, A. Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik// Proc. of 16-th Int. Conf. on Microw., Radar, Wireless Comm. - 2006.-V. 2 - P. 604-607.

[16] Kapitanova, P. Multilayer thick-film technology as applied to design of microwave devices [текст] / P. Kapitanova, A. Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. of Microwave Materials and Their Applications Conference. - 2006. - P. 92.

[17] Капитанова, П. В. Микроэлектронные СВЧ-устройства на основе искусственных линий передачи с отрицательной дисперсией [текст] / П. В. Капитанова, Е. В. Серебрякова, Д. В. Холодняк, И. Б. Вендик // Сб. трудов 16 международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологию). - 2006. - С. 610-612.

[18] Kapitanova, P.V. Design of miniaturized directional couplers using Right/Left-Handed transmission lines [текст] / P.V. Kapitanova, D.V. Kholodnyak // Proc. of 13th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena. - 2006. - P, 55-57.

[19] Vendik, I.B. Applications of right/left handed and resonant left handed transmission lines for microwave circuit design [текст] / I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, I.V. Kolmakova, E.V. Serbryakova, P.V. Kapitanova, F. Martin, J. Bonache, J. Garcia, I. Gil, and M. Gil // Proc. of 36-th European Microwave Conf. - 2006. - P. 955-958.

[20] Vendik, I. Design of miniature microwave devices based on a combination of natural right-handed and metamaterial left-handed transmission lines [текст] / I. Vendik, O. Vendik, D. Kholodniak, and P. Kapitanova// Proc. of First Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2007. - P. 87-90.

[21] Kholodnyak, D. Design of directional couplers using fully-integrated left-handed transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and I. Vendik // Proc. of First Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2007. - P. 91-94

[22] J. Garcia Miniaturization and optimization of planar microwave circuits based on metamaterials [текст] / J. Garcia, I. B. Vendik, B. Sans, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, J. Bonache, F. Martin // Proc. of 37th European Microwave Conf. - 2007. -P. 500-503.

[23] Piatnitsa, V. Right/Left-Handed Transmission Line LTCC Directional Couplers [текст] / V. Piatnitsa, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Fischuk, T. Tick, J. Jantti, H. Jantunen, and I Vendik // Proc. of 37th European Microwave Conf. - 2007. - P.636-639.

[24] Kholodnyak, D. 180° power dividers using metamaterial transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, P. Kapitanova, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller, M.A. Hein, and I. Vendik // Proc. of 14-th Conf. on Microwave Techniques. - 2008. - P. 169-172.

[25] Kapitanova, P. Miniaturized Antenna Decoupling Network Using Left-Handed Transmission Line Sections [текст] / P. Kapitanova, C. Volmer, S. Humbla, R. Perrone, J. Mailer, and M. A. Hein // Proc. of 15-th Anniversary Int. Student Seminar on Microwave and Optical Applications of Novel Physical Phenomena. - 2008. - P. 28-30.

[26] Kholodnyak, D. Tunable and reconfigurable microwave devices based on metamaterial transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and I. Vendik It Proc. of 2-nd Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2008. - P. 380382.

[27] Vendik, I. Tunable dual-band microwave devices based on a combination of left/right-handed transmission lines [текст] / I. Vendik, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, M.A. Hein, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller // Proc. of 38th European Microw. Conf. - 2008. - P. 273-276.

[28] Kholodnyak, D. Novel Wilkinson-type power dividers based on metamaterial transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Vendik, S. Humbla, R. Perrone, J. Mffller, and M.A. Hein // Proc. of 38-th European Microwave Conf. - 2008. - P. 341-344.

[29] Kapitanova, P. Multi-band and tunable multi-band microwave resonators and filters based on cascaded left/right-handed transmission line sections [текст]/Р. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Muller, M.A. Hein, and I.Vendik // Proc. of Int. IEEE Conf. EUROCON. -2009. - P. 60-66.

[30] Mffller, J. Highly integrated passive LTCC device with embedded high-k capacitors [текст] / J. Mffller, R Perrone, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, S. Humbla, and M.A. Hein // Proc. of IMAPS/ACerS 5th Int. Conf. on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies. - 2009.

[31] Perrone, R Miniaturisation of a LTCC High-Frequency Rat-Race-Ring by Using 3-Dimensional Integrated Passives and Embedded High-K Capacitors [текст] / R. Perrone, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, S. Humbla, M. Hein, J. Muller // Proc. of 17th European Microelectronics and Packaging Conf. - 2009.

[32] Kapitanova, P. The Dual-band and Reconfigurable Wilkinson Power Dividers Based on Metamaterial Transmission Lines [текст] / P. Kapitanova and D. Kholodnyak // Proc. of 16th Int. Student Seminar "Microwave and optical applications of novel phenomena and techn." - 2009. -P. 19-28.

[33] Munina, I. Miniaturized Broadband LTCC Directional Coupler Using Right/Left-Handed Transmission Lines [текст]Л. Munina, P. Kapitanova, and D. Kholodnyak // Proc. of the 16th Int. Student Seminar "Microwave and Optical Application of Novel Phenomena and Technologies'".-2009.-P. 29-38.

[34] Kapitanova, P. Application of right and left-handed transmission lines to design of highly integrated and tuneable directional couplers [текст] / P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, R. Perrone, S. Humbla, J. Mueller, and M. A. Hein // Proc. of 3rd Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics - 2009. - P. 193-195.

[35] Vendik, I. Multiband tuneable microwave resonators and filters on a combination of rightAeft-handed transmission line sections [текст] /1. Vendik, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and K. Zemlyakov // Proc. of 3rd Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2009. - P. 591-593.

[36] Kapitanova, P. Tuneable Lumped Element Directional Coupler Using Metamaterial Transmission Lines [текст] / P. Kapitanova, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. of 39th European Microwave Conf. - 2009. - P. 1247-125.

[37] Vendik, I. Multifunctional microwave devices based on metamaterial transmission lines [текст] /1. Vendik, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, K. Zemlyakov II in Proc. of IEEE Int. Conf. on Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems. - 2009. - P. 1-5.

[38] Turalchuk, P. Broadband small-size LTCC directional couplers [текст] / P. Turalchuk, I. Munina, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, D. Stoepel, S. Humbla, J. Mueller, M. A. Hein, and I. Vendik // Proc. Of 40th European Microwave Conf. - 2010. - P. 1162-1165.

[39] Kholodnyak, D. Broadband directional couplers and power dividers based on metamaterial transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, I. Munina, P. Kapitanova, V. Turgaliev, A. Rusakov, P. Turalchuk, I. Vendik, D. Stoupel, S. Humbla, J. Mueller, and M.A. Hein // Proc. of 4-th Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microw. and Optics. - 2010. - P. 591-593.

[40] Вендик, И.Б. Лиши передачи с положительной и отрицательной дисперсией и СВЧ-устройства на их основе [текст] / И.Б. Вендик, Д.В. Холодняк, П.В. Капитанова // материалы научно-технич. семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», СПБГЭТУ «ЛЭТИ».-2008. - С.14.

[41] Холодняк, Д.В. Направленные ответвители и СВЧ делители-сумматоры мощности на комбинации искусственных линий передачи с положительной и отрицательной дисперсией [текст] / Д.В. Холодняк, П.В. Капитанова, И.Б. Вендик II материалы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», СПБГЭТУ «ЛЭТИ». - 2009. - С.28.

Подписано в печать 12.01.11. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 3.

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

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

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И СИМВОЛОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ДЛИННЫЕ ЛИНИИ С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИСПЕРСИЕЙ И СВЧ УСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ.

1.1. Длинные линии с положительной дисперсией.

1.2. Длинные линии с отрицательной дисперсией:.

1.3. Искусственные длинные линии с положительной и отрицательной дисперсией.

1.4. Композитные длинные линии.

1.5. СВЧ устройства на основе композитных длинных линий.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. МИНИАТЮРНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ, ВЫПОЛНЕННЫЕ ПО МНОГОСЛОЙНЫМ КЕРАМИЧЕСИМ ТЕХНОЛОГИЯМ.

2.1. Эквивалентные схемы НО с использованием отрезков искусственных ЛОД на сосредоточенных элементах.

2.2. Многослойные керамические технологии.

2.3. Многослойная реализация миниатюрных квадратурных НО по сэндвич и КНТО технологиям.

2.4. Многослойная реализация миниатюрных дифференциальных НО по сэндвич и КНТО технологиям.

2.5. Сверхминиатюрный дифференциальный НО выполненный по многослойной КНТО технологии.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. ПЕРЕСТРАИВАЕМОЕ ГИБРИДНОЕ КОЛЬЦО.

3.1 Перестраиваемые отрезки искусственных ЛПД и ЛОД.

3.2 Принцип перестройки центральной»частоты гибридного кольца на основе отрезков искусственных перестраиваемых ЛПД и ЛОД и оценка его характеристик

3.3 Эквивалентная схема и многослойная структура перестраиваемого гибридного кольца.

3.4 Экспериментальное исследование характеристик перестраиваемого гибридного кольца.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. ДВУХПОЛОСНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ С

ПРОИЗВОЛЬНЫМИ ЦЕНТРАЛЬНЫМИ ЧАСТОТАМИ ПОЛОС ПРОПУСКАНИЯ.

4.1. Принцип построения двухполосных НО с произвольными центральными частотами с использованием отрезков ЛОД.

4.2. Двухполосный НО с центральными частотами полос пропускания ^ = 0,9 ГГц и = 1,8 ГГц.

4.3. Практическая реализация двухполосного шлейфного НО с центральными частотами ^ - 0,9 ГГц и ^ = 1,8 ГГц.

4.4. Практическая реализация двухполосного моста Уилкинсона с центральными частотами полос пропускания ^ = 0,9 ГГц и ^ = 1,8 ГГц.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ МНОГОПОЛОСНЫЕ СВЧ ФИЛЬТРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТРЕЗКОВ ЛОД.

5.1. Многомодовый СВЧ резонатор на основе комбинации отрезков ЛПД и ЛОД.

5.2. Двухмодовый резонатор с некратными резонансными частотами.

5.3. Двухполосный полосно-пропускающий фильтр с некратными резонансными частотами.

5.4. Перестраиваемый двухполосный полосно-пропускающий фильтр с некратными резонансными частотами.

5.5. Выводы.

Современные приемопередающие модули, применяемые в радиолокации и радионавигации, космической технике, мобильной' связи содержат пассивные устройства сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, такие как фильтры, направленные ответвители, делители-сумматоры мощности и др. В' связи с быстрым развитием и постоянным усовершенствованием телекоммуникационных систем к СВЧ, устройствам в их составе применяются жесткие требования: малые размеры, низкая себестоимость и высокая степень интеграции с использованием современных интегральных технологий.

Для поддержки множества различных стандартов передачи данных физического уровня необходимы миниатюрные пассивные СВЧ устройства с расширенными функциональными возможностями или принципиально новыми характеристиками. Актуален анализ и разработка многополосных, перестраиваемых пассивных СВЧ устройств с произвольными центральными частотами для эффективной работы сразу в нескольких некратных частотных диапазонах.

Распространение электромагнитной волны вдоль наиболее широко используемых на практике длинных линий характеризуется положительной дисперсией. Фазовая и групповая скорости в таких длинных линиях сонаправленны. В дальнейшем будем их называть линиями с положительной дисперсией (ЛПД). В последнее время возрос интерес к применению длинных линий с отрицательной дисперсией (ЛОД) для разработки СВЧ устройств. Фазовая и групповая скорости в отрезке ЛОД имеют противоположное направление. Отрезки ЛОД можно выполнять как искусственные длинные линии на основе сосредоточенных элементов. В данной работе предлагается использовать комбинацию искусственных отрезков ЛПД и ЛОД, которая позволяет управлять законом дисперсии. Это открывает новые возможности для разработчиков СВЧ аппаратуры для обеспечения уникальных свойств пассивных СВЧ устройств. В работе исследуются дисперсионные характеристики отрезков искусственных ЛОД. Представлены уникальные топологии и результаты экспериментального исследования многополосных, перестраиваемых СВЧ устройств, выполненных на основе отрезков ЛОД.

Приоритетной целью диссертационной работы является разработка СВЧ устройств по современным многослойным интегральным технологиям, обеспечивающих низкую себестоимость, компактность и простоту производства устройств.

Цель диссертационной работы — разработка миниатюрных многослойных СВЧ устройств с расширенными функциональными возможностями или принципиально новыми свойствами для применения их в современных системах телекоммуникаций.

Цель диссертационной работы была достигнута решением следующих задач:

1) Исследование частотных характеристик отрезков искусственных ЛОД.

2) Разработка новых методов проектирования многополосных СВЧ устройств с учётом уникальных свойств отрезков искусственных ЛОД, используемых для их построения.

3) Моделирование характеристик миниатюрных многослойных и перестраиваемых направленных ответвителей и СВЧ фильтров, выполненных на основе комбинации отрезков искусственных ЛПД и ЛОД по многослойным интегральным технологиям.

4) Экспериментальная верификация характеристик разработанных устройств.

Научная новизна работы:

1) Предложено использовать многослойную сэндвич технологию для разработки миниатюрных СВЧ устройств.

2) Предложен метод проектирования перестраиваемого гибридного кольца на сосредоточенных элементах и метод оценки ширины полосы перестройки его характеристик.

3) Предложено- включить отрезок ЛОД в центр разомкнутого полуволнового' резонатора, для3 создания- многомодовой структуры с произвольным распределением резонансов.

4) Предложен, метод создания* многомодового резонатора и двухполосного СВЧ фильтра на его основе с произвольными резонансными частотами двух соседних полос пропускания и возможностью подавления паразитных полос пропускания.

5) Показана возможность совместной или индивидуальной частотной перестройки полос пропускания двухполосного полосно-пропускающего СВЧ фильтра.

Основные методы исследования: а) Теоретические: методы теории цепей, компьютерное моделирование.

6) Экспериментальные.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Относительный диапазон перестройки гибридного кольца на отрезках искусственных ЛПД и ЛОД, определенный' отношением верхней и нижней центральных частот полос пропускания, ограничен допустимым уровнем рассогласования на крайних центральных частотах диапазона перестройки и равен КСВН.

2) Использование комбинации отрезков ЛПД и ЛОД вместо использования исключительно отрезков ЛПД в плечах направленных ответвителей приводит к изменению закона дисперсии вдоль плеч и позволяет разработать двухполосные устройства с произвольными центральными частотами полос пропускания.

3) При изменении параметров управляющих элементов в составе отрезков искусственных ЛПД и ЛОД перестраиваемого двухполосного фильтра можно обеспечить различные варианты перестройки верхней и нижней полос пропускания. Изменение параметров управляющих элементов в составе отрезка искусственной ЛОД, включенного в центр разомкнутого полуволнового резонатора, приводит к перестройке только нижней полосы, пропускания, при этом'положение верхней полосы пропускания'остается постоянным.

Практическая значимость результатов работы:

1) Предложенные в работе' методы проектирования могут быть, использованы для разработки многополосных СВЧ устройств систем сотовой и спутниковой радиосвязи, локальных беспроводных сетей Bluetooth и WLAN и Интернет по технологии Wi-Fi и Wi-MAX.

2) Многослойная сэндвич технология может эффективно применяться для разработки миниатюрных устройств в нижней части СВЧ диапазона (до 5 ГГц).

3) Использование управляющих элементов в составе отрезков ЛПД и/или ЛОД может быть использовано для разработки перестраиваемых устройств, рабочие полосы которых перестраиваются индивидуально или совместно.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях:

1 Ith International Student Seminar «Microwave Application of Novel Physical Phenomena» (June, 2004, St. Petersburg, Russia); 15 международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Сентябрь, 2005, Севастополь, Украина); 12th International Student Seminar «Microwave Applications of Novel Physical Phenomena» (October, 2005, St.-Petersburg, Russia); 16-th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications (May, 2006, Krakow, Poland); Microwave Materials And Their Applications Conference ( June, 2006, Oulu, Finland); 16 международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Сентябрь, 2006, Севастополь, Украина); 13th International Student Seminar «Microwave Applications of Novel Physical Phenomena» (August, 2006, Rovaniemi, Finland); 37th European Microwave Conference (October, 2007, Munich, Germany); 15th Anniversary International Student Seminar «Microwave and Optical Applications of Novel Physical Phenomena» (May, 2008, St. Petersburg, Russia); 38th European Microwave Conference (October, 2008, Amsterdam, The Netherlands); International IEEE Conference EUROCON (May, 2009, St. Petersburg, Russia); 16th International Student Seminar «Microwave and optical applications of novel phenomena and technologies» (June, 2009, Oulu, Finland); 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, (August, 2009, London, UK); 39th European Microwave Conference (September, 2009, Rome, Italy)

На семинарах: профессорско-преподавательского состава СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» 2007, 2008, 2009, 20 Юг, научно-технические семинары «Современные проблемы техники и электроники СВЧ» 2008, 2009, 2010г.

Часть работы проводилась в рамках международного проекта «Network of Excellence METAMORPHOSE (Metamaterials Organised for Radio Frequency and Photonics Superlattice Engineering)»/ 6-th Framework Program of the European Commission - Project No. 500252, 2004 - 2008 гг.

Изготовление тестовых образцов устройств и их экспериментальное исследование было возможно благодаря стипендии 14-го Всероссийского открытого конкурса на стипендии Президента Российской Федерации для обучения за рубежом в 2007-2008 гг. (приказ №816 от 10.05.2007)

Публикации: Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 41 научной работе, из них по теме диссертации 41, в том числе: 6 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК; 1 публикация в других журналах; 1 глава книги, 33 публикации в материалах международных и всероссийских научно-технических конференциях. Доклады обсуждались и получили одобрение на 20 международных и всероссийских научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включает 76 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 108 наименований.

5.5. Выводы

1. Предложен и исследован новый тип многомодового резонатора, в котором искусственный отрезок ЛОД включен включение в центр разомкнутого полуволнового резонатора.

2. Показано, что отношение волновых сопротивлений отрезков ЛПД и ЛОД в составе многомодового резонатора-- это эффективный фактор, прямым образом влияющий на резонансные частоты резонатора.

3. Показано, что* возможно создание многополосных фильтров с произвольно заданными частотами двух соседних полос пропускания и возможностью подавления резонансов высших гармоник.

4. Согласно экспериментальным данным, предложенный метод синтеза позволяет разработку двухмодового резонатора и двухполосный фильтра с некратными частотами полос пропускания 2 ГГц и 3 ГГц и подавлением резонансов высших гармоник по уровню -35 дБ до 8 ГГц.

5. Экспериментально исследованы характеристики перестраиваемого двухполосного фильтра с управляющими элементами в составе отрезков ЛОД и ЛПД. При изменении параметров управляющих элементов в составе отрезков искусственных ЛПД и ЛОД перестраиваемого двухполосного фильтра можно обеспечить различные варианты перестройки верхней и нижней полос пропускания. Изменение параметров управляющих элементов в составе отрезка искусственной ЛОД; включенного в центр разомкнутого полуволнового резонатора, приводит к перестройке только нижней полосы пропускания, при этом положение верхней полосы пропускания остается постоянным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов, полученных в диссертационной работе, можно сделать следующие заключения:

1) Предложено^ использовать комбинацию; отрезков искусственных. ЛПД и ЛОД для; разработки- СВЧ устройств с расширенными функциональными; возможностями? и принципиально новыми свойствами.

2) Найдены аналитические выражения, осуществляющие связь номиналов LC элементов искусственных ЛПД и ЛОД с волновым сопротивлением и электрической длиной их распределенных аналогов.

3) Используя комбинацию искусственных ЛОД и ЛПД, разработаны и экспериментально исследованы уникальные топологии миниатюрных НО для систем беспроводной связи Bluetooth и WLAN (2,4-2,5 ГГц). Использование современных многослойных керамических технологий интегральных схем СВЧ позволило компактно расположить элементы в нескольких слоях структуры. Площадь, занимаемая многослойными НО в десятки раз меньше площади, занимаемой их прототипами, выполненными: на элементах с распределенными параметрами.

4) С использованием; отрезков искусственных ЛПД . и ЛОД на сосредоточенных элементах разработано и экспериментально исследовано- перестраиваемое гибридное кольцо. Перестройка характеристик осуществляется путем изменения номиналов только емкостных элементов.

5) Экспериментально показано, что. диапазон перестройки гибридного кольца на отрезках искусственных ЛПД и ЛОД, определенный отношением верхней и нижней центральных частот полос пропускания, ограничен допустимым уровнем рассогласования на центральных частотах диапазона перестройки и равен КСВН.

6) В результате электродинамического моделирования и экспериментального исследования, показано что предложенный метод синтеза позволяет разработку двухполосных НО с произвольно выбранными центральными частотами полос пропускания.

7) Используя современные многослойные керамические технологии* и технологии поверхностного монтажа, разработаны и экспериментально исследованы уникальные конструкции двухполосных шлейфного НО и моста Уилкинсона с полосами пропускания на частотах fo = 0,9 ГГц и/} = 1,8 ГГц.

8) Предложен и исследован новый тип многомодового резонатора, в котором искусственный отрезок ЛОД включен включение в центр разомкнутого полуволнового резонатора.

9) Показано, что возможно создание многополосных фильтров с произвольно заданными частотами двух соседних полос пропускания и возможностью подавления резонансов высших гармоник.

10) Предложен метод- синтеза многомодового резонатора и многополосногофильтра на его основе, по которой были спроектированы, изготовлены и экспериментально исследованы двухмодовый резонатор и двухполосный фильтр с некратными частотами полос пропускания 2 ГГц и 3 ГГц.

11) Экспериментально исследованы характеристики перестраиваемого двухполосного фильтра с управляющими элементами в составе отрезков ЛОД и ЛПД. При изменении параметров управляющих элементов только в составе отрезка ЛОД, который находится в центре резонатора, происходит перестройка нижней полосы пропускания, при этом положение верхней полосы пропускания остается постоянным. Изменяя параметры управляющих элементов одновременно в составе отрезков ЛПД и ЛОД, можно обеспечить различные варианты перестройки верхней и нижней полос пропускания.

СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ

1) Vendik, I.B. Microwave phase sifters and filters based on a combination of left-handed and right-handed^ transmission-lines [текст]/ I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, P.V. Kapitanova// Metamaterial Handbook, Applications of Metamaterials. - New York: Taylor and Francis Group - CRG Press. -2009.-V. 13. -P: 13-1-13-21.

2) Vendik, I. B: Digital Phase Shifters Based on Right- and Left-Handed Transmission Lines [текст]/ I. В. Vendik, О. G. Vendik, D. V. Kholodnyak, E. V. Serebryakova, and P. V. Kapitanova // Journal of the European Microwave Association, - 2006. - V. 2. — P. 30-37.

3) Vendik, I. Microwave devices based on transmission lines with positive/negative dispersion [текст]/ I. Vendik, D. Kholodnyak, I. Kolmakova, E. Serebryakova, and P. Kapitanova // Microwave and Optical Technology Letters, - 2006. - V. 48, № 12. - P. 2632 - 2638.

4) Kapitanova, P. V. Multilayer thick-film technology as applied to design of microwave devices [текст]/ P. V. Kapitanova, A. V. Simine, D. V. Kholodnyak, and IB. Vendik // Journal of the European Ceramic Society, - 2007. - № 27.- P. 2941-2944.

5) Vendik, I.Miniature microwave devices based on a combination of natural right-handed« and metamaterial left-handed transmission lines [текст]/ I. Vendik, D. Kholodnyak, E. Serebryakova, and P. Kapitanova // The European Physical Journal Applied Physics. -2009. - V. 46, № 3.

6) Kapitanova, P. Right- and left-handed transmission line resonators and filters for dual-band applications [текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Mtiller, M.A. Hein, and I. Vendik // Microwave and Optical Tech. Lett. - 2009. -V. 51, № 3, pp. 629-633.

7) Kapitanova, P. Tuneable Microwave Devices Based on Left/Right-Handed Transmission Line Sections in Multilayer Implementation [текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller,

M. A. Hein, and I. Vendik // Int. Journal of Microwave and Wireless Technologies. - 2009. - V. 1, № 4. - P. 323-329.

8) Капитанова, ILB. Исследование параметров пассивных СВЧ компонентов, выполненных по многослойной интегральной технологии [текст]/ П.В. Капитанова, А.В. Симин, Д.В. Холодняк // Известия ВУЗов России, серия "Радиоэлектроника", - 2005, Вып. 1. -С. 75-81.

9) Kapitanova, P:V. Investigation of "microwave passive components based on multilayer "Sandwich" technology [текст]/ P.V. Kapitanova, A.V. Simine, and D.V. Kholodnyak // Proc. of 11th Int. Student Seminar on Microwave Application of Novel Physical Phenomena. - 2004. - P. 48-50.

10) Симин, А. В. Пассивные компоненты интегральных схем СВЧ, выполненные по многослойной "сэндвич"-техиологии [текст]/ А. В. Симин, П.В Капитанова., Д.В. Холодняк, И.Б. Вендик // Сб. трудов 15 международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», - 2005. - С. 508-510.

11) Kapitanova, P. Application of Sandwich Multilayer Technology to MICs Design [текст]/ P.Kapitanova, A. Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. Of 35th European Microwave Conf. - 2005. - P.389-392.

12) Vendik, LB. Passive microwave devices based on LTCC and Sandwich multilayer technologies [текст]/ I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, A.V. Simine, P.V. Kapitanova,,P:A. Turalchuk, and I.A. Fischuk // Proc. of the 5th IEEE-Russia Conf. MEMIA. - 2005. - P. 70-75.

13) Vendik, I.B. Potential benefits for left/right-handed transmission lines for microwave applications [текст]/ I.B. Vendik, O.G. Vendik, D.V. Kholodnyak, E.V. Serebryakova, and P.V. Kapitanova // Proc. Of the 5th IEEE-Russia Conference MEMIA, - 2005. - P. 76-81.

14) Kapitanova, P. Multilayer passive microwave devices using the sandwich technology [текст]/ P. Kapitanova, A. Simin, and D. Kholodnyak Proc. of 12th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, - 2005. - P. 74-76.

15) Kapitanova,, P. Design of quasi-lumped-element filters and directionalcouplers using multilayer technologies [текст]/ P. Kapitanova, P. Turalchuk, I. Fischuk, A. Simine, D. Kholodnyak, and L Vendik// Proc. of 16-th Int. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications. -2006.-V. 2-P. 604-607.

16) Kapitanova,, P. Multilayer thick-film technology as applied to> design of microwave devices [текст]/ P. Kapitanova, A. Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. of Microwave Materials and Their Applications Conference. - 2006. - P. 92.

17) Капитанова, П. В. Микроэлектронные СВЧ-устройства на основе искусственных линий передачи^ с отрицательной» дисперсией [текст]/ П. В. Капитанова, Е. В. Серебрякова, Д. В. Холодняк, И. Б. Вендик // Сб. трудов 16 международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», -2006.-С. 610-612.

18) Kapitanova, P.V. Design of miniaturized directional couplers using Right/Left-Handed transmission lines [текст]/ P.V. Kapitanova, D.V. Kholodnyak // Proc. of 13th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, - 2006. - P. 55-57.

19) Vendik, I.B! Applications of right/left handed and resonant left handed transmission lines for microwave circuit- design [текст]/ I.B. Vendik, D.V. Kholodnyak, I.V. Kolmakova, E.V. Serbryakova, P.V. Kapitanova, F. Martin, J. Bonache, J. Garcia, I. Gil, and M. Gil // Proc. of 36-th European Microwave Conf. - 2006. - P. 955-958.

20) Vendik, I. Design of miniature microwave devices based on a combination of natural right-handed and metamaterial left-handed! transmission lines [текст]/ I. Vendik, O. Vendik, D. Kholodniak, and P. Kapitanova// Proc. of First Int. Congress on Advanced Electromagnetic

Materials in Microwaves Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics,-2007.-P. 87-90.

21) Kholodnyak, D. Design of directional couplers using fully-integrated s left-handed transmission lines [текст]/ D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and I. Vendik // Proc. of First Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2007. - P: 91-94.

22) Garcia, J: Miniaturization and optimization* of planar microwave circuits based on metamaterials [текст]/ J. Garcia, I. B. Vendik , B. Sans, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, J. Bonache, F. Martin // Proc. of 37th European Microwave Conf. - 2007. -P. 500-503.

23) Piatnitsa, V. Right/Left-Handed Transmission Line LTCC Directional Couplers [текст]/ V. Piatnitsa, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Fischuk, T. Tick, J. Jantti, H. Jantunen, and I Vendik // Proc. of 37th European Microwave Conf. - 2007. - P.636-639.

24) Kholodnyak, D. 180° power dividers using metamaterial transmission lines [текст]/ D. Kholodnyak, P. Kapitanova, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller, M.A. Hein, and I. Vendik // Proc. of 14-th Conf. on Microwave Techniques . - 2008. - P. 169-172.

25) Kapitanova, P. Miniaturized Antenna Decoupling Network Using Left-Handed Transmission Line Sections [текст]/ P. Kapitanova, C. Volmer, S. Humbla, R. Perrone, J. Muller, and M. A. Hein // Proc. of 15th Anniversary Int. Student Seminar on Microwave and Optical Applications of Novel Physical Phenomena, - 2008. - P. 28-30.

26) Kholodnyak, D. Tunable and reconflgurable microwave devices based on metamaterial transmission lines [текст]/ D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and I. Vendik // Proc. of 2-nd Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2008. - P. 380-382.

27) Vendik, I. Tunable dual-band microwave devices based on a combination of left/right-handed transmission lines [текст]/ I. Vendik,

D. Kholodnyak, P. Kapitanova, M.A. Hein, S. Humbla, R. Perrone, J. Mueller I I Proc. of 38th European Microwave Conf. - 2008. - P. 273-276.

28) Kholodnyak, Di Novel Wilkinson-type power dividers based' on metamaterial transmission! lines [текст]/ D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Vendik, S. Humbla, R. Perrone, J. Müller, and M.A. Hein // Proc. of 38-th European Microwave Conf. - 2008. - P: 341-344.

29) Kapitanova, P. Multi-bandf and' tunable multi-band microwave resonators and filters based on cascaded left/right-handed^transmission line sections [текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Müller, M.A. Hein, and I. Vendik // Proc. of Int. IEEE Conf. EUROCON. - 2009. - P. 60-66.

30) Müller, J. Highly integrated passive LTCC device with embedded high-k capacitors [текст]/ J. Müller, R. Perrone, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, S. Humbla, and M.A. Hein // Proc. of IMAPS/ACerS 5th Int. Conf. on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies. - 2009.

31) Perrone, R. Miniaturisation of a LTCC High-Frequency Rat-Race-Ring by Using 3-Dimensional Integrated Passives and Embedded High-K Capacitors [текст]/ R. Perrone, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, S. Humbla, M. Hein, J.Müller // Proc. of 17th European Microelectronics and Packaging Conf. - 2009.

32) Kapitanova, P. The Dual-band and* Reconfigurable Wilkinson Power Dividers Based on MetamateriaLTransmission Lines [текст]/ P. Kapitanova and D. Kholodnyak // Proc. of 16th Int. Student Seminar "Microwave and optical applications of novel phenomena and technologies". - 2009. - P. 19-28.

33) Munina, I. Miniaturized Broadband LTCC Directional Coupler Using Right/Left-Handed Transmission Lines [текст]/ I. Munina, P. Kapitanova, and D. Kholodnyak // Proc. of the 16th Int. Student Seminar

Microwave and Optical Application of Novel Phenomena and Technologies". - 2009. - P. 29-38.

34) Kapitanova, P. Application of right and left-handed transmission lines to^ design, of highly, integrated and tuneable directional! couplers [текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, I. Vendik, R. Perrone, S. Humbla, J. Mueller, and M. A. Hein // Proc. of 3rd Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and.Optics - 2009: — P. 193-195.

35) Vendik, I. Multiband* tuneable microwave resonators and' filters on a combination of right/left-handed; transmission line sections [текст]/ I. Vendik, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, and K. Zemlyakov // Proc. of 3rd Int.l Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. - 2009. - P. 591-593.

36) Kapitanova, P. Tuneable Lumped Element Directional Coupler Using Metamaterial Tramsmission Lines [текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. of 39th European Microwave Conf. — 2009. -P: 1247-125.

37) Vendik, I. Multifunctional microwave devices based on metamaterial. transmission lines [текст]/ I. Vendik, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, K. Zemlyakov // in Proc. of IEEE Int. Conf. on Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems, - 2009. - P. 1-5.

38) Turalchuk,. P. Broadband, small-size LTCC directional couplers [текст]/ P. Turalchuk, I. Munina, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, D. Stoepel, S. Humbla, J. Mueller, M. A. Hein, and I. Vendik // Proc. Of 40th European Microwave Conf. - 2010. - P. 1162-1165.

39) Kholodnyak, D. Broadband directional couplers and power dividers based on metamaterial transmission lines [текст] / D. Kholodnyak, I. Munina, P. Kapitanova, V. Turgaliev, A. Rusakov, P. Turalchuk, I. Vendik, D: Stoupel, S. Humbla, J. Mueller, and M.A. Hein // Proc. of 4-th Int. Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, - 2010. - P. 591-593.

40) Вендик, И.Б. Линии передачи с положительной и отрицательной дисперсией и СВЧ-устройства на их основе [текст] / И.Б. Вендик, Д.В. Холодняк, П.В. Капитанова // материалы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», СПБГЭТУ «ЛЭТИ». - 2008. - С.14.

41) Холодняк Д.В. Направленные ответвители и СВЧ делители-сумматоры мощности на комбинации искусственных линий перелачи с положительной и отрицательной дисперсией [текст] / Д.В. Холодняк, П.В. Капитанова, И.Б. Вендик // материалы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», СПБГЭТУ «ЛЭТИ». - 2009. - С.28.

1. Caloz, С. Electromagnetic Metamaterials: Transmission line Theory and Microwave Applications текст]/ С. Caloz and T. Itoh. New Jersey.: Wiley. - 2006. - 352 p.

2. Kong, J: A. Electromagnetic wave theory, текст]/ Massachusets. USA. EMW Publishing. - 2005. - 710 p.

3. Eleftheriades, G.V. Negative-Refraction- Metamaterials: FundamentalPrincipIes and Applications текст]/ G.V. Eleftheriades and K.G. Balmain. USA.: Wiley andJEEE Press. - 2005.

4. Бриллюэн, Л., Пародии, M. Распространение волн в периодических структурах текст]. М.: Иностранная литература, 1959. [Brillouin L., Parodi M. Propagation des Ondes dans les Milieux Périodiques. Paris: Masson et cie éditeurs, Dunod éditeurs, 1956.].

5. Pozar, D. M. Microwave Engineering: 3 edition текст]/ D. M. Pozar. New Jersey.: Wiley. - 2004. - 720 p.

6. Quendo, C. Narrow band-pass filters using dual-behavior resonators based.on stepped-impedance stubs and different-length stubsтекст./ С. Quendo, E. Rius, and C. Person // IEEE Trans on MTT, 2004. -V. 52.-P. 1034-1044.

7. Caloz, C. Novel microwave devices andi structures based on the transmission line approach of meta-materials текст]/ С. Caloz and T. Itoh // IEEE-MTT Int. Symp. -2003. V.l - P. 195-198.

8. Lay, A. Composite Right/Left-Handed Transmisson Line Metamaterfials текст]/ A. Lay, C. Caloz, T. Itoh // IEEE Microwave Magazine. 2004. P. 34-50.

9. Caloz, C. Transmission line approach of left-handed* (LH) materials текст]/ С. Caloz, H. Okabe, T. Iwai, and T. Itoh // Proc. USNC/URSI National Radio Science Meeting. 2002. V. P. 39.

10. Sanada, A. Characteristics of the Composite Right/Left-Handed Transmission Lines текст]/ A. Sanada, C. Caloz, and T. Itoh // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. 2004. - V. 14, № 2. - P. 68-70.

11. Caloz, С. Application of the transmission line theory of left-handed (LH) materials to the realization of a microstrip "LH line"текст./ С. Caloz, and T. Itoh // IEEE-APS Int. Symp. 2002. - V. 2. -P.412-415.

12. Lin, X. Q. Arbitrarily Dual-Band' Components Using Simplified Structures of Conventional CRLH TLs текст]/ X. Q. Lin, R. P. Liu, X. M. Yang, J. X. Chen, X. X. Yin, Q. Cheng, and T. J. Cui // IEEE Trans, on MTT. 2006. - V 54, № 7. - P. 2902-2909.

13. Bonache, J. On the Electrical Characteristics of Complementary Metamaterial Resonators текст]/ J. Bonache, M. Gil, I. Gil, J. GarciaGarcia, and F. Martin // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. — 2006. -V. 16, № 10.-P. 543-545.

14. Horii, Y. Vertical multi-layered implementation of a purely left-handed transmission line for super-compact and dual-band devicesтекст./ Y. Horii, C. Caloz, and T. Itoh // in Proc. of European Microwave Conference (EuMC). 2004. - P.471-474.

15. Horii, Y. Super-Compact Composite Right/Left-Handed Transmission Line With Vertically Stacked Left-Handed Unit Cellsтекст./ Y. Horii, C. Caloz // XXVIIIth Assembly of Union Radio Science International. 2005.

16. Horii, Y. Super-Compact Multi-Layered Left-Handed TransmissionLine and'Diplexer Application^ текст]/ Y. Horii, C. Caloz, and T. Itoh // IEEE Trans, on MTT. 2005. - V.53, № 4. - P.1527-1534.

17. Lin, I. Arbitrary Dual-Band* Components Using Composite Right/Left-Handed Transmission Lines текст]/ I. Lin, M. De Vincentis, C. Caloz, and T. Itoh // IEEE Trans, on MTT. 2004. - V. 52, № 4. - P. 1142-1149.

18. Islam, R. Phase-Agile Branch-Line Couplers Using Metamaterial Lines текст]/ R. Islam and G. V. Eleftheriades // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. -2004. V. 14, № 7. - P. 340-342.

19. Mao, S.G. Modeling of Symmetric Composite Right/Left-Handed Coplanar Waveguides With Applications to Compact Bandpass Filtersтекст./ S.G. Мао, M.S. Wu, Y. Z. Chueh, and С. H. Chen // IEEE Trans, on MTT. 2005. - V. 53, № 11 - P. 3460-3466.

20. Martel, J. Design of Wide-Band Semi-Lumped^ Bandpass Filters Using Open Split Ring Resonators текст]/ J. Martel, J. Bonache. R. Marqués, F. Martin, and F. Medina // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. 2007. - V. 17, № 1 - p. 28-30.

21. Mao, S. G. Design of Composite Right/Left-Handed Coplanar-Waveguide Bandpass and Dual-Passband Filters текст]/ S. G. Mao, M. S. Wu, and Y. Z. Chueh // IEEE Trans, on MTT. 2006. - V. 54, № 9. - P. 3543-3549.

22. Siso, G. Dispersion engineering with resonant-type Metamaterial transmission lines текст]/ G. Siso, M. Gil, F. Aznar, J. Bonache, and F. Martin // Laser & Photon. Rev., 2009. - V. 3, № 1-2. - P. 12-29.

23. Caloz, C. A Novel Composite Right-/Left-Handed Coupled-Line Directional Coupler With Arbitrary Coupling Level and Broad Bandwidth текст]/ С. Caloz, A. Sanada, and T. Itoh // IEEE Trans, on MTT. 2004. - V. 52, № 3. - P. 980-992.

24. Antoniades, M. A. Compact linear lead/lag metamaterial phase shifters for broadband applications текст]/ M. A. Antoniades and G. V. Eleftheriades // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 2003. - V. 2 - P. 103-106.

25. Basraoui, M. Wideband, planar, log-periodic balun текст] / M. Basraoui and S. N. Prasad // in Proc. of IEEE Int. Symp. Microwave Theory and Tech. 1998. - V. 2. - P. 785-788.

26. Antoniades,,A. A Broadband'Wilkinson-Balun Using Microstrip Metamaterial Lines текст]/ A. Antoniades, G. V. Eleftheriades // IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett. -2005. -V. 4. P. 209-212.

27. Islam, R. Printed High-Directivity Metamaterial MS/NRI Coupled-Line Coupler for Signal Monitoring Applications текст]/ R.1.lam and G. V. Eleftheriades // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. 2006. — V. 16, №4.-P. 164-166.

28. Микроэлектронные устройства СВЧ текст]/ под ред. В.И. Веселова. -М.: Высшая школа, 1988. 280 с.

29. Вендик, И.Б. Микроэлектроника СВЧ. Линии передачи« и линейные многополюсники СВЧ: Учебное пособиетекст]/ И.Б. Вендик, Д.В. Холодняк // СПб:: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. 64с.37. http://www.wireless-e.ru/articles/technologies.php

30. Сазонов, Д^ Mi, Гридин,„А. М., Мишустин, Б. А. Устройства* СВЧ текст] — М: Высш. школа, 1981. 125 с.

31. Turalchuk, P. Broadband small-size LTCC directional couplersтекст./ P. Turalchuk, I. Munina, P. Kapitanova, D. Kholodnyak, D. Stoepel, S. Humbla, J. Mueller, M. A. Hein, and I. Vendik // Proc. Of 40th European Microwave Conf. 2010. -P. 1162-1165.

32. Scrantom, C. Q. LTCC technology: where we are and where we are going II текст]/ С. Q. Scrantom, J. C. Lawson // Proc. of IEEE MTT-S Int. Symp. for Wireless Applications. 1999.

33. Cahn, R. W. Processing of ceramics текст]/ R. W. Cahn, P. Haasen, E. J. Kramer // Materials science and technology. 1996. - V. 17A.

34. Симнн, А. Многослойные интегральные схемы сверхвысоких частот текст]/ А. Симин, Д. Холодняк, И. Вендик // Компоненты и технологи. -2005. №5. - С. 190-196.

35. Heide, P. Highly-Integrated LTGG Frontend-Modules for, Bluetooth and Wireless-LAN Applications текст]/ P. Heide, A. Chernyakov, K. Markov et al. // Proc. of European Wireless Technologies Conf. -2003; -V. 3. P. 359-362.

36. Lin, Y.-S. Desigrn of an LTCC Tri-Band Transceiver Module for

37. GPRS Mobile' Applications текст./ Y.-S. Lin, C.-C. Liu, K.-M. Li,

38. C.H. Chen // IEEE MTT-STnt. Microwave Symp. 2004. - P.633-636.

39. OCTII.027.904-83. Платы многослойные керамические. Общие технические условия.

40. Капитаиова, П.В. Исследование параметров пассивных СВЧ компонентов, выполненных по многослойной интегральной технологии текст]/ П.В. Капитанова, А.В. Симин, Д.В. Холодняк // Известия ВУЗов России, серия "Радиоэлектроника", 2005, Вып. 1. -С. 75-81.

41. Kapitanova, P. Application of Sandwich Multilayer Technology to MICs Design текст]/ P.Kapitanova, A. Simine, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. Of 35th European Microwave Conf. 2005. - P.389-392.

42. Vendik, I.B. Passive microwave devices based on LTCC and Sandwich multilayer technologies текст]/ I.B. Vendik, O.G. Vendik, D.V. Kholodnyak, E.V. Serebryakova, and P.V. Kapitanova // Proc. of the 5th IEEE-Russia Conf. MEMIA. 2005. - P. 70-75.

43. Kapitanova, P. Multilayer passive microwave devices using the sandwich technology текст]/ P. Kapitanova, A. Simin, and D. Kholodnyak // Proc. of 12th Int. Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, 2005. - P. 74-76.

44. Kapitanova, P. V. Multilayer thick-film technology as applied' to design of microwave devices текст]/ P. V. Kapitanova, A. V. Simine, D. V. Kholodnyak, and IB. Vendik // Journal of the European Ceramic Society, 2007. - № 27.- P. 2941-2944.

45. Гупта, К. Машинное проектирование СВЧ устройств, текст]/ К. Гупта, Р. Гардж, Р. Чадха. М.: Радио и связь. - 1987. - 432 с.

46. Piatnitsa. V. Right/Left-IIanded Transmission! Line LTCC Directional Couplers текст]/ V. Piatnitsa, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Fischuk, T. Tick, J. Jantti, H. Jantuncn, and I Vendik // Proc. of 37th European Microwave Conf. 2007. - P. 636-639. .

47. Kholodnyak, D. 180° power dividers using: metamaterial transmissions lines?- текст]/ Di Kholodnyak, Pi Kapitanova, S. Humbla,. R. Perrone, J: Mueller, M.A. Hein,, and I. Vendik // Proc. of 14-th Conf. on Microwave Techniques . 2008. - P. 169-172.

48. Müller, J. Technology and Designs of Precise: Embedded-Capacitors in LTCC текст]/ J. Müller, R. Perrone // Proceedings of IMAPS Nordic Conference. 2008.

49. Barth, S. Low-Sintering High-k Materials for an LTCC Application текст]/ S. Barth, M. Arnold; D. Grützmann, В. Pawlowski, P. Rothe, and T. Bartnitzek // Int. Journal of Applied Ceramic Technology. -2009. V. 6, Issue 1. - P. 35 - 40:

50. Jantunen, H. Ferroelectric LTCC for Multilayer Devices текст]/ H. Jantunen, T. Hu, A. Uusimaeki, S. Leppaevuoris // Journal of the Ceramic Society of Japan 2004. - V. 112, № 1305. - P. S1552-S1556.71. http://www.namics.co.jp/e/index.html

51. Wang, Y. Tunable Asymmetric Composite Right-/Left -Handed Transmission Line Directional Coupler Controlled by Applied Voltageтекст./ Y. Wang, Y. Zhang, L. He, F. Liu, H. Li, H. Chen // Proc. of Asia-Pacific Microwave Conf. 2005. - V.l.

52. Abdalla, M. A. Y. A Compact Highly Reconfigurable CMOS MMIC Directional Coupler текст]/ M. A. Y. Abdalla, K. Phang, and G. V. Eleftheriades //IEEE Trans, on MTT. -2008. V. 56, № 2.-P. 305-319.

53. Kim, C.-S. A design of the novel varacton tuned directionab coupler текст]/ C.-S. Kim, C.-S. Yoon, J.-S. Park, D. Ahn, J.-B. Lim, S.-I.

54. Yang // Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International. 1999. -V. 4.-P. 1725-1728. ,

55. Kim, C.-S. Variable directional coupler with LC resonator текст]/ C.-S. Kim, J.-S. Park, Dl Ahn and J.-B. Lim // Electronics Lett. — 2000.— V. 36j № 18: — Pi! 1557-1559:

56. Mextorf, H. Systematic Design of Reconfigurable Quadrature Directional!Couplers текст]/ Hi Mextorf, T: Lehmann and R. Knoechel // Microwave Symposium Digest, MTT '09. IEEE MTT-S International. -2009.-P. 1009-1012: .

57. Kapitanova, P. Tuneable Lumped Element Directional Coupler Using Metainaterial Tramsmission Lines текст]/ P. Kapitanova, D. Kholodnyak, and I. Vendik // Proc. of 39th European Microwave Gonf. -2009.-P. 1247-1250.84. http://www.skyworksinc.com

58. Фельдштейн, A. JI., Явич, Л. P. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ текст] —М.: Связь, 1971. -328 с.

59. Чернушенко, A.M., Петров, Б.В., Конструирование экранов и СВЧ-устройств: учебник для вузов текст]/ A.M. Чернушенко, Б.В. Петров- М,: Радио и связь, 1990. 352 с.

60. Kapitanova, P. The Dual-band and Reconfigurable Wilkinson Power Dividers Based on Metamaterial? Transmission? Lines текст]/ P: Kapitanova and D; Kliolodnyak // Proc. of 16th Int. Student Seminar

61. Microwave and optical applications of novel phenomena and technologies". 2009. - P. 19-28.

62. Матей, Д. Л., Янг JI., Джонс Е.М.Т. Фильтры GB4, согласующие цепи и*цепи связи,текст]. М.: Связь, 1971 (т. 1), 1972 (т. 2).

63. Makimoto, Mi Microwave resonators and filters for wireless communication: theory, design; and'application текст]/ M. Makimoto, S. Yamashita. Germay.: Springer. - 2001. — 162 p.

64. Kuo, J.-T. Microstrip^ stepped impedance resonator bandpass filter with an extended optimal rejection bandwidth текст]/ J.-T. Kuo, E. Shih // Trans, on MTT. 2003. - V. 51, № 5. - P. 1554 - 1559.

65. Wu, T. Research on the Parasitic Passband Suppression of Microstrip Stepped Impedance Resonator Filters текст]/ Т. Wu, X.-H.

66. Tang, F. Xiao // IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Art of Miniaturizing RF and Microwave Passive Components, 2008. - P. 197-2008.

67. Sanada, A. Novel zeroth-order resonance in' composite right/left-handed transmission line resonator текст] / A. Sanada,, C. Caloz, and T. Itoh // Proc. Asia-Pacific Microwave Conf., 2003. P. 1588-1591.

68. Sanada, A. Characteristics of the composite right/left-handed trans-mission-lines текст] / A. Sanada, , C. Caloz, and T. Itoh // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., 2004. - V. 14, No. 2. - P. 68-70.

69. Kim, B.-W. Varactor-tuned combline bandpass filter using step-impedance microstrip lines текст]/ B.-W. Kim, S.-W. Yun // IEEE Trans, on MTT. 2004. - V. 52, № 4. - P. 1279-1283.

70. Pleskachev, V. Figure of merit of tunable ferroelectric planar filters текст]/ V. Pleskachev, I. Vendik // Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves, 2004. - P: 697 - 699.

71. Kageyama, K. Tunable active filters having multilayer structure using LTCC текст]/ К. Kageyama, К. Saito, H. Murase, H. Utaki, T. Yamamoto // IEEE Tran. on MTT. 2001. - V.49, № 12. - P. 2421 - 2424.

72. Vendik, I. Design of tunable ferroelectric filters with a constant fractional band width текст]/ I. Vendik, O. Vendik, V. Pleskachev, A. Svishchev, R. Wordenweber // IEEE MTT-S Int.Microwave Symp. Dig., -2001.-P. 1461-1464.