автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Проектирование малогабаритных ферритовых развязывающих СВЧ устройств на сосредоточенных элементах

На правах рукописи

Сорокин Александр Владимирович

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЛОГАБАРИТНЫХ ФЕРРИТОВЫХ РАЗВЯЗЫВАЮЩИХ СВЧ УСТРОЙСТВ НА СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Специальность 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2014

005555006

Работа выполнена на кафедре «Физика и техника оптической связи» Института ядерной энергетики и технической физики федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» (НГТУ).

Научный Козлов Валерий Александрович

руководитель: доктор технических наук, профессор

Официальные Шевяхов Николай Сергеевич

оппоненты: доктор физико-математических наук, доцент СарФТИ НИЯУ «МИФИ», зав. каф. общей физики

Шумилов Владимир Александрович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОАО «ФНПЦ «ННИПИ «Кварц» им. А.П. Горшкова», начальник сектора

Ведущая

организация: ЗАО "Научно-производственное предприятие "Салют - 27"(г. Нижний Новгород)

Защита состоится «25» декабря 2014 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д212.165.01 на базе Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО НГТУ им. P.E. Алексеева и на сайте университета по адресу:

http://www.nntu.ru/content/aspirantura-i-doktorantura/dissertacii

Автореферат разослан « 3/ » октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

7 Белов Юрий Георгиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Диссертационная работа включает в себя научные и технические результаты, полученные автором при выполнении НИР и ОКР, проводившихся по Гособоронзаказу в ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова» в соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 годы», утверждённой постановлением Правительства РФ от 26.11.2007 №809, и «Государственной программой вооружения на 2011-2020 годы», утвержденной Указом Президента РФ от 31.12.2010 №1656. Большая часть результатов работы использована в конкретных разработках бортовых радиотехнических систем (РТС), перечисленных в заключении по диссертации, выполненных и выполняемых в настоящее время в институте.

Разработчиками современной радиоэлектронной аппаратуры большое внимание уделяется её совершенствованию с целью уменьшения массо-габаритных характеристик, что особенно актуально для бортовых РТС. Это направление исследований актуально для создания РТС различного назначения - радиолокационных, связных, навигационных. Определяющее значение при создании данных систем имеет разработка малогабаритных приемопередающих модулей (ППМ) сверхвысоких частот (СВЧ), обеспечивающих требуемые электрические и массо-габаритные характеристики. В составе ППМ и антеннофидерного тракта в метровом и дециметровом диапазонах длин волн (ДДВ) традиционно широко используются ферритовые развязывающие устройства (ФРУ) [Л.1—Л.6]. По допустимым уровням мощности, устойчивости к радиационным воздействиям ФРУ имеют преимущества перед полупроводниковыми устройствами. Эти качества делают использование ФРУ предпочтительным.

В метровом и дециметровом диапазонах длин волн (ДДВ) возможности расширения номенклатуры ФРУ ограничены, поскольку ограничен сам выбор ферритовых материалов [Л.7-Л.9]. Однако пути повышения эффективности использования ФРУ в составе антеннофидерного тракта и высокочастотных ППМ есть. Основным направлением развития ФРУ является миниатюризация, расширение полосы рабочих частот, повышение допустимых уровней мощности и т.д. [Л. 10, Л.11]. Другое направление - создание развязывающих устройств с расширенными функциональными возможностями, то есть многофункциональных ферритовых развязывающих устройств (МФРУ) [Л. 12-Л.14]. Данные направления развития опираются на совершенствование методик проектирования ФРУ и создание новых конструкций развязывающих устройств.

Результаты многочисленных исследований различных авторов, полученные в течение последних 20-30 лет, убедительно показали, что ФРУ на сосредоточенных элементах, в которых, как правило, в качестве У-сочленения используется система переплетенных проводников, расположенная между ферритовыми элементами, обладают несомненными преимуществами по сравнению с другими вариантами построения развязывающих устройств. Этот

тип ФРУ превосходит другие типы ферритовых циркуляторов и вентилей как по возможности достижения минимальных вносимых прямых потерь и расширения полосы рабочих частот, так и по возможности минимизации габаритов [Л.5].

Таким образом, потенциальные возможности использования ФРУ на сосредоточенных элементах в составе антеннофидерного тракта, ППМ и пути повышения эффективности их разработки и применения в общих чертах известны специалистам. Существенными сдерживающим фактором является отсутствие методик проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах, позволяющих наиболее полно реализовать возможности данного типа устройств.

Степень разработанности темы. «Традиционная» система проектирования СВЧ устройств состоит из трёх этапов: построения электродинамических моделей, с достаточной степенью точности отражающих физические процессы в базовых структурах как элементах задач декомпозиции функциональных узлов, решения задач дифракции, к которым приводит объединение этих структур, и создания алгоритмов и программ, используемых при решении задач анализа и синтеза функциональных СВЧ узлов. Широко распространённые универсальные программы расчёта СВЧ компонентов, использующие приближённые численные методы, весьма эффективны при решении стандартных вопросов проектирования. Однако, для проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах применение таких программ является неоптимальным из-за необходимости расчёта параметров сосредоточенных элементов, что требует значительного времени. При проектировании ФРУ на сосредоточенных элементах удобней использовать методы теории цепей. При этом в настоящее время фактически отсутствуют работы, в которых бы присутствовали законченные методики проектирования устройств этого типа. В связи с этим не потеряло своей значимости развитие численно-аналитических методов, на основе которых в данной работе разрабатываются методики проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах.

Целью работы является создание научно обоснованных методик проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах, в том числе многофункциональных, и разработка их конструкций.

В соответствии с поставленной целью автором решались следующие задачи диссертационной работы:

1. Разработка на основе методов теории цепей математической модели У— циркуляторов на сосредоточенных элементах, которая позволяет проанализировать условия циркуляции в них, оценить влияние отклонений от идеальных условий циркуляции на характеристики циркуляторов, построить эквивалентные схемы данных устройств;

2. Разработка методик проектирования широкополосных и сверхширокополосных ФРУ на сосредоточенных элементах на основе математической модели с различными режимами их работы по постоянному магнитному полю;

3. Разработка конструкций малогабаритных ФРУ на сосредоточенных элементах, позволяющих использовать данные устройства в бортовых РТС, в том числе при высоких уровнях мощности СВЧ сигналов;

4. Проведение экспериментального исследования технических характеристик опытных образцов ФРУ, созданных на основе предложенных методик проектирования.

5. Выполнение математического моделирования ФРУ с расширенными функциональными возможностями. Разработка и исследование образцов МФРУ. Проведение экспериментальной проверки предложенных методик проектирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. На основе методов теории цепей проведён анализ условий циркуляции, разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние отклонений условий циркуляции от идеальных на характеристики циркуляторов и получены условия, позволяющие достичь максимально возможных электрических параметров циркуляторов при наличии отклонений от идеальных условий циркуляции;

2. Проведён анализ режимов работы ФРУ по постоянному магнитному полю. Предложены оптимизированный и промежуточные режимы работы широкополосных ФРУ, которые характеризуются высокими значениями внешнего магнитного поля и обеспечивают улучшение электрических характеристик устройств;

3. Созданы новые методики проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах, в том числе многофункциональных;

4. Теоретически обоснована и подтверждена экспериментально возможность реализации изменения направления циркуляции без изменения направления внешнего магнитного поля.

5. Разработаны широкополосные ФРУ с оптимизированным и промежуточным режимами работы, а также, многофункциональные.

Теоретическая значимость работы заключается в построении на базе теории цепей математической модели ФРУ, которая объединяет параметры согласующих цепей с исходными данными, характеризующими электрофизические параметры феррита и постоянное поле подмагничивания. Предложенная математическая модель позволяет исследовать различные режимы работы ФРУ, в том числе с изменением направления циркуляции без изменения направления внешнего магнитного поля.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Созданы методики проектирования узкополосных, широкополосных и сверхширокополосных ФРУ на сосредоточенных элементах;

2. Разработаны и внедрены в производство конструкции ФРУ на сосредоточенных элементах для бортовых РТС;

3. Проведены экспериментальные исследования МФРУ, в том числе с изменением направления циркуляции без изменения направления магнитного поля.

4. Поданы 4 заявки на изобретения, которые в настоящее время рассматриваются в установленном порядке.

Методология и методы исследования. Представленные в диссертационной работе результаты были получены с использованием методов теории цепей, матричной алгебры и математического моделирования с применением ЭВМ.

Положения, выносимые на защиту:

1. На основе методов теории цепей проведён анализ условий циркуляции для различных ФРУ, отличающийся физической наглядностью, и разработаны эквивалентные схемы, соответствующие различным условиям циркуляции, получены аналитические соотношения для инженерного расчёта элементов эквивалентных схем;

2. Представленная математическая модель ФРУ на сосредоточенных элементах, связывающая параметры согласующих цепей с исходными данными, характеризующими электрофизические параметры феррита, а также поле подмагничивания, позволяет определить вид оптимальных полоснорасщиряющих цепей и режимы работы устройств, рассчитать параметры согласующих цепей;

3. Созданные на основе математической модели методики проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах, в том числе многофункциональных, позволяют с достаточной для их реализации степенью точности в режиме реального времени проводить расчёт частотных характеристик развязывающих устройств;

4. Основные результаты диссертации позволяют разрабатывать и выпускать малогабаритные ФРУ на сосредоточенных элементах с улучшенными электрическими характеристиками для высокочастотных блоков современных РТС.

Степень достоверности результатов диссертации определяется:

— использованием теоретически обоснованных методов исследований;

— результатами многочисленных экспериментальных проверок параметров макетов и образцов разработанных ФРУ, спроектированных с использованием предложенных методик;

— проверкой работоспособности разработанных ФРУ на практике в различных типах ППМ бортовых РТС в рамках перечисленных в заключении диссертации НИР и ОКР, выполненных и выполняемых ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова» по Гособоронзаказу.

Апробация результатов диссертации. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных научно-технических конференциях:

-XV Международная научно-техническая конференции «Информационные системы и технологии», ИСТ-2009, Нижний Новгород, НГТУ, 2009 г.; VIII Международная научно-техническая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Санкт-Петербург, 2009 г.;

- XVI Международная научно-техническая конференции «Информационные системы и технологии», ИСТ-2010, Нижний Новгород, НГТУ, 2010 г.; IX Международная научно-техническая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Челябинск, 2010 г.;

-XVII Международная научно-техническая конференции «Информационные системы и технологии», ИСТ-2011, Нижний Новгород, НГТУ, 2011 г.; -X Международная научно-техническая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Самара, 2011 г.;

-XVIII Международная научно-техническая конференции «Информационные

системы и технологии», ИСТ-2012, Нижний Новгород, НГТУ, 2012 г.;

-XI Международная научно-техническая конференции «Физика и технические

приложения волновых процессов», Екатеринбург, 2012 г.;

-XIX Международная научно-техническая конференции «Информационные

системы и технологии», ИСТ-2013, Нижний Новгород, НГТУ, 2013 г.;

-XX Международная научно-техническая конференции «Информационные

системы и технологии», ИСТ-2014, Нижний Новгород, НГТУ, 2014 г;

-XII Международная научно-техническая конференции «Физика и технические

приложения волновых процессов», Нижний Новгород, 2014 г.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 27 открытых публикациях (в том числе в 3 статьях в журналах, включенных в перечень изданий, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов диссертационных работ).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 85 наименований и приложений. Объем диссертации составляет 294 страницы текста, в том числе 119 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, определена научная новизна и практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту, методы исследований и достоверность полученных результатов, апробация работы, кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе на базе теории цепей строится математическая модель У-циркуляторов на сосредоточенных элементах, на основе которой анализируются условия циркуляции в них. Для циркуляторов на сосредоточенных элементах наиболее удобной является запись условий циркуляции в терминах собственных значений матрицы импеданса и

собственных значений 8ал1_ матрицы рассеяния, связанных следующими соотношениями

1 + 5 . (<р 2лк\

гДе А ~ волновое сопротивление подводящих линий передачи, (р- фаза коэффициента прохождения сигнала со входа на выход, к = 0,+/-1.

Сопоставление собственных значений матрицы импеданса ч_ идеального циркулятора в (р представлении (1) с собственными значениями матрицы импеданса У-сочленения в частотном представлении позволяет

достаточно просто определять вид согласующих цепей, необходимых для реализации условий циркуляции при разработке эквивалентных схем У-циркуляторов, в том числе широкополосных.

Исходя из определения циркулятора, как согласованного со стороны всех плеч устройства без потерь [Л. 15], характеристики У-циркулятора на

сосредоточенных элементах описываются с помощью коэффициента отражения /; (/>$,).

Исследуется влияние отклонений условий циркуляции от идеальных на параметры ФРУ. В терминах собственных значений £0+/_ матрицы рассеяния,

которые на комплексной плоскости отображаются концами векторов ^ и 5., выходящих из начала координат (рис. 1). Отклонения от идеальных условий циркуляции описываются углами расстройки %, У. Показывается, что для симметричного неидеального У-циркулятора отклонения от идеальных условий циркуляции можно минимизировать добиваясь симметричного расположения любого из векторов ^, Т+, Т, относительно двух других (рис.

1), то есть величина минимальна при х = У •

Рисунок 1.

Строятся различные эквивалентные схемы узкополосных ФРУ для характерных значений (р, при которых одно из значений равно нулю или бесконечности. Приводятся условия циркуляции для ФРУ при характерных значениях (р с различными эквивалентными схемами. Показывается, что наибольшую полосу рабочих частот среди узкополосных циркуляторов имеет циркулятор при <р = л, условия циркуляции которого можно записать в виде

а>Ь = —^¡Зр0 —,

со2ЬС = 1, т-3 т

где 2 ''' --~—, // и Л - компоненты тензора магнитной

проницаемости ферритовой среды, /,0 - собственная индуктивность плоских проводников У-сочлснения.

Для узкополос! юго циркулятора при (р~ к разработана методика проекшрования.

Описываются возможные варианты конструкций ФРУ на сосредоточенных элементах, технология их изготовления, анализируются пути повышения технологичности ФРУ. Рассматриваются особенности конструкций магнитных систем замкнутого типа, обеспечивающих зарезонансный режим работы ФРУ. Приводятся экспериментальные данные испытаний узкополосных ФРУ в различных климатических условиях. Представленные материалы составляют теоретическую базу для разработки методик расчета элементов эквивалентных схем и характеристик широкополосных ФРУ на сосредоточенных элементах.

Во

второй главе разрабатываются методики проектирования широкополосных ФРУ на сосредоточенных элементах с различными режимами работы. Рассматриваются и анализируются эквивалентные схемы широкополосных ФРУ и определяется вид оптимальных полоснорасширяющих цепей.

Расширение полосы рабочих частот узкополосных ФРУ на сосредоточенных элементах с помощью новых схемных решений сводится к введению дополнительных согласующих цепей между общей точкой индуктивностей и корпусом, либо в каждое из трёх плеч. Полагаем, что У-циркулятор является широкополосным, если в заданной широкой полосе частот (/,»/,) численные значения его коэффициента отражения имеют величину не более заданной. При таком определении широкополосного циркулятора логично предполагать, что построение его модели возможно на основе использования модели двухчастотного циркулятора с рабочими частотами и /2 в этой полосе, которую следует дополнить условием ограничения величины отклонения условий циркуляции от идеальных на всех частотах, лежащих в полосе рабочих частот (/„,.£)■ Эквивалентная схема двухчастотного У-циркулятора представляет собой параллельное соединение индуктивностей и ёмкостей в каждом плече с подключённой к общей точке индуктивностей и корпусу, согласующей цепью Если выбирать в качестве согласующей цепи 2с, включенной между общей точкой индуктивностей и корпусом, цепь, состоящую из параллельного соединения последовательного и параллельного контуров, можно получить любое значение импеданса Zc на обеих частотах циркуляции У| и /2 (рис. 2).

Величины элементов эквивалентной схемы ¿0 и С находятся из решения системы из двух квадратных уравнений

где 0^= 2л-/,3.

^(л-ф.С-!

Рисунок 2.

Численные значения 2а определяются из выражения г (со со \

2 + 3(1 + г+(<4,^)2.(£4,01,)) '

Для У-циркулятора (рис. 2) существует несколько решений, позволяющих реализовать двухчастотный режим работы. Однако, на практике, как правило, приходится ограничиваться наиболее удобным вариантом с точки зрения конструктивной реализации. В этом случае, взяв за основу У— циркулятор на сосредоточенных элементах при фазе коэффициента прохождения сигнала с входа на выход ср = л, цепь 2С можно реализовать в

виде последовательного контура АюОо- При ср = к индуктивность Ь имеет наибольшее значение, а величина ёмкости С наименьшее, по сравнению со значениями Ь и С при других значениях фазы коэффициента прохождения сигнала со входа на выход <р, Следовательно, уменьшив величину индуктивности Ь и одновременно увеличив величину ёмкости С в некоторое число раз п (и>1), можно добиться совпадения значений (1) и

узкополосного У-циркулятора на двух частотах /2 отличных от /0 при (р(Л)<ж и (р{/2)>7г. Изменение элементов эквивалентной схемы Ь и С узкополосного У-циркулятора в одинаковое число раз п будет эквивалентно уменьшению его входного сопротивления = Ро/п)• При этом на центральной частоте /0 рабочего

диапазона частот присутствует принципиально неустранимый эффект отклонения от идеальных условий циркуляции.

Предложен оптимизированный режим работы широкополосного циркулятора, обеспечивающего наибольшую полосу рабочих частот при минимальном уровне прямых потерь, при котором циркулятор работает на верхней рабочей частоте /2 при (р — п, а на нижней при 0(2я") й <р<к, при этом максимальный интервал значений фазы коэффициента прохождения сигнала со входа на выход Ь,(р=л. Эффект отклонения от идеальных условий циркуляции за счёт недостаточной индуктивности полосков переплетения Ь0 в центре рабочего диапазона частот, присутствующий в широкополосном У— циркуляторе с полоснорасширяющей цепью в виде последовательного контура, реализующий соблюдение идеальных условий циркуляции на двух частотах, будет отсутствовать.

Для широкополосных циркуляторов с полоснорасширяющими цепями в виде последовательных контуров в каждом плече и между общей точкой индуктивностей У-сочленения и корпусом разработаны методики проектирования как для режима реализующего соблюдение идеальных условий циркуляции на трёх частотах, так и с оптимизированным режимом.

Проводится оценка различных конструкций широкополосных ФРУ на сосредоточенных элементах и предлагаются конструкции пололоснорасширяющих цепей, позволяющие повысить технологичность ФРУ. Приводятся экспериментальные данные испытаний широкополосных ФРУ в различных климатических условиях. Представленные материалы составляют теоретическую базу для разработки методик расчета элементов эквивалентных схем и характеристик сверхширокополосных ФРУ на сосредоточенных элементах.

В третьей главе исследуются различные способы получения сверхширокой полосы рабочих частот в У-циркуляторах на сосредоточенных элементах. Рассматриваются различные эквивалентные схемы У-циркуляторов на сосредоточенных элементах, в том числе с двойным У-сочленением. Проводится разработка и анализ режимов работы сверхширокополосных ФРУ с эквивалентной схемой, представленной на рисунке рис. 3.

Приводятся результаты разработки методики проектирования сверхширокополосных У-циркуляторов на сосредоточенных элементах с интервалами фазы коэффициента прохождения сигнала со входа на выход А(р-=к (оптимизированный режим) и А^> = 4я-/3 (реализующего соблюдение идеальных условий циркуляции на трёх частотах), а также методика проектирования сверхширокополосного циркулятора с расширенным интервалом фазы коэффициента прохождения сигнала с входа на выход и с цепью, включённой между общей точкой индуктивностей системы переплетённых проводников и корпусом, состоящей только из последовательного контура 1,МС(Ю.

Проводится математическое моделирование сверхширокополосных У-циркуляторов на сосредоточенных с различными режимами их работы и сравнение возможностей обеспечения близких к идеальным условий циркуляции в сверхширокой полосе рабочих частот.

Приводятся результаты экспериментальных испытаний

сверхширокополосных ФРУ с различными конструкциями.

В четвертой главе проводятся результаты исследования многофункциональных ФРУ на сосредоточенных элементах. Разрабатывается методика проектирования широкополосного циркулятора-фильтра с полоснорасширяющими цепями в каждом плече в виде последовательных контуров (рис. 4). Проводится экспериментальная проверка предложенной методики.

С| 1л

Проводится анализ реализации условий циркуляции при различных режимах работы У-циркуляторов и выводятся условия циркуляции, позволяющие реализовать изменение направления циркуляции без изменения направления внешнего магнитного поля. Из анализа следует, что изменению направления циркуляции на противоположное соответствует изменение взаимной ориентации векторов , , (рис. 5).

Рисунок 5.

Даются выражения для расчета У-циркуляторов с изменением направления циркуляции на одной и двух частотах. Экспериментально подтверждается возможность реализации изменения направления циркуляции без изменения направления внешнего магнитного поля.

Предлагается многофункциональное ферритовое развязывающее устройство (МФРУ), выполненное на основе У-сочленения в виде системы переплетённых проводников каждый из них изолирован от других, с помощью подключения в одном из плеч к каждому из проводников своей ёмкости (рис. 6).

Варьируя ширину проводников, при соответствующем изменении согласующих ёмкостей, можно получить различные значения выходных сопротивлений в этих плечах, в том числе добиться того, что все они будут согласованы на сопротивление 50 Ом.

ЯнЗ 50 Ом

!1н4 50 Ом

Рисунок 6.

В случае направления циркуляции по часовой стрелке сигнал из плеча 1 поступит в плечо 2 (МФРУ работает в режиме циркулятора), а при поступлении сигнала в плечо 2, он поделится между плечами 3 и 4, то есть МФРУ будет выполнять функцию делителя мощности. При поступлении сигналов в плечи 3,4 они сложатся в плече 1, тогда МФРУ будет работать в режиме сумматора мощности. Смена направления циркуляции приведёт к тому, что в режиме суммирования при поступлении сигналов в плечи 3,4, выходной сигнал будет

поступать в плечо 2. В режиме деления входным плечом будет являться плечо 1, а выходными плечи 3,4.МФРУ на основе У-сочленения с различной шириной полосков переплетения кроме функций деления и сложения СВЧ мощности может выполнять функцию трансформатора сопротивлений. При этом перемычка П1 (рис. 6) должна соединять плечи 3 и 4, тогда, если плечи 3 и 4 согласованы на волновое сопротивление 50 Ом, третий выход ФРУ будет иметь сопротивление 25 Ом.

Приводятся результаты экспериментального исследования и подтверждается возможность использования многофункционального ФРУ в качестве невзаимного синфазного делителя-сумматора мощности СВЧ и в качестве циркулятора-трансформатора активных сопротивлений.

В заключении приводятся основные выводы, сформулированные в процессе выполнения диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В процессе выполнения диссертации разработаны научно обоснованные методики проектирования ФРУ на сосредоточенных элементах, в том числе многофункциональных, и разработаны их конструкции метрового и дециметрового ДДВ.

Основные результаты, полученные в проведенных исследованиях, следующие:

1. Построена математическая модель У-циркуляторов на сосредоточенных элементах, позволяющая проанализировать условия циркуляции в них, оценить влияние отклонений от идеальных условий циркуляции на характеристики циркуляторов, построить эквивалентные схемы данных устройств.

2. Разработаны методики проектирования узкополосных, широкополосных, сверхширокополосных и многофункциональных ФРУ на сосредоточенных элементах с различными эквивалентными схемами и режимами работы.

3. Проведено исследование МФРУ, подтверждена возможность изменения направления циркуляции без изменения направления подмагничивающего поля посредством включения полоснорасширяющих цепей.

4. Разработаны конструкции малогабаритных ФРУ на сосредоточенных элементах, обладающие улучшенными электрическими и массогабаритными характеристиками.

5. Изготовлены ферритовые развязывающие устройства на сосредоточенных элементах для экспериментальных, опытных и серийных образцов ППМ бортовых РТС.

Полученные в процессе выполнения результаты использованы в разработках ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова» в НИР и ОКР и на других предприятиях.

Основные результаты используются в разработке бортовых РТС. В частности, развитые в диссертационной работе методики инженерного расчета и конструкции ферритовых развязывающих устройств дециметрового диапазона использованы при создании ППМ самолётных радиолокационных исследовательских комплексов.

Использование результатов диссертации в конкретных разработках подтверждается актами внедрения, приведёнными в приложении к диссертации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных ВАК

1. Бородин, В.Н. Двухчастотные Y-циркуляторы и вентили на сосредоточенных элементах/ В.Н. Бородин, В.А. Козлов, Сорокин A.B. // Антенны. - 2007. - №12 (127). - С. 6-8.

2. Бородин, В.Н. Двухчастотные ферритовые циркуляторы с изменяющимся направлением циркуляции/' В.Н. Бородин, В.А. Козлов, Сорокин A.B. // Антенны. - 2009. - №10 (149). - С. 38-42.

3. Козлов, В.А.Проектирование широкополосных ферритовых Y-циркуляторов на сосредоточенных элементах/ В.А. Козлов, A.B. Сорокин// Физика волновых процессов и радиотехнические системы.- 2013,- №1 (16).-С. 88-93.

Другие публикации по теме работы

1. Бородин В.Н. Выбор полоснорасширяющих цепей широкополосных Y— циркуляторов на сосредоточенных элементах/ В.Н. Бородин, A.B. Сорокин// Физика и технические приложения волновых процессов: труды XI Международной научно-технической конференции,- Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2012,- С. 115-116.

2. Сорокин A.B. Анализ эквивалентных схем Y-циркуляторов на сосредоточенных элементах./ A.B. Сорокин// Физика и технические приложения волновых процессов: труды XI Международной научно-технической конференции - Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2012,— С. 117— 118.

3. Бородин В.Н. Ферритовый циркулятор дециметрового диапазона длин волн на высокий уровень мощности /В.Н. Бородин, A.B. Сорокин// Физика и технические приложения волновых процессов: труды IX Международной научно-технической конференции. Челябинск: Изд-во Политехника, 2010 - С. 90.

4. Бородин, В.Н. Малогабаритный вентиль метрового диапазона длин волн на высокий уровень мощности/ В.Н.Бородин, А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2013: материалы XIX международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ -2013.-С. 77.

5. Козлов, В.А. Оптимизация режима работы широкополосного ферритового развязывающего устройства/ В.А. Козлов, А. В.Сорокин //

Информационные системы и технологии - ИСТ-2010: материалы XVI международной научно-технической конференции. - Нижний Новгород: НГТУ. -2010,-С. 67-68.

6. Бородин, В.Н. Двухчастотные СВЧ циркуляторы на сосредоточенных элементах/ В.Н. Бородин, В.А. Козлов, А. В. Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: труды VIII Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург: Политехника, 2009. - С. 180181.

7. Сорокин, А. В. Малогабаритный широкополосный ферритовый СВЧ циркулятор метрового диапазона длин волн / А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2012: материалы XVIII международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ - 2012.- С. 83.

8. Козлов, В.А. Широкополосное ферритовое развязывающее устройство на сосредоточенных элементах с малыми прямыми потерями / В.А. Козлов, А. В. Сорокин // Информационные системы и технологии - ЛСТ-2013: материалы XIX международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ-2013. С. 78.

9. Бородин, В.Н. Методика проектирования двухчастотных СВЧ циркуляторов на сосредоточенных элементах/ В.Н. Бородин, В.А. Козлов, Сорокин A.B. // Информационные системы и технологии - ИСТ-2009: материалы XV международной научно-технической конференции- Нижний Новгород, НГТУ - 2009. С. 60-61.

10. Козлов, В.А. Широкополосный вентиль метрового диапазона длин волн на высокий уровень мощности / В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: труды X Международной научно-технической конференции - Самара, 2011- С. 173-174.

11. Козлов, В.А. Широкополосный циркулятор на сосредоточенных элементах с двойной системой переплетённых рамок / В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: труды X Международной научно-технической конференции - Самара, 2011 - С 174175.

12. Козлов, В.А. Ширкополосный ферритовый СВЧ циркулятор на сосредоточенных элементах / В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2011: материалы XVII международной научно-технической конференции. - Нижний Новгород: НГТУ. - 2011- С. 96-97.

13. Гавалов A.C. Методика проектирования СВЧ циркуляторов на сосредоточенных элементах с двойной системой переплетённых проводников/А.С. Гавалов, А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2014: материалы XX международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ - 2014 - С. 60-61.

14. Козлов, В.А. Методика проектирования широкополосных ферритовых Y-циркуляторов на сосредоточенных элементах/ В.А. Козлов, A.B. Сорокин// Труды Нижегородского государственного технического

университета им. P.E. Алексеева/НГТУ им. P.E. Алексеева - Нижний Новгород, 2012. №3(96).-С. 19-29.

15. Козлов, В.А. Проектирование сверхширокополосных СВЧ циркуляторов на сосредоточенных элементах/ В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2014: материалы XX международной научно-технической конференции. - Нижний Новгород: НГТУ. -2014-С. 53.

16. Сорокин, A.B. Проектирование СВЧ циркуляторов с полоснорасширяющими цепями в виде последовательных контуров /

A. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2014: материалы XX международной научно-технической конференции. - Нижний Новгород: НГТУ. - 2014,- С. 58-59.

17. Сорокин, А. В. Ферритовый СВЧ циркулятор с расширенной полосой рабочих частот на сосредоточенных элементах / А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2012: материалы XVIII международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ -2012,-С. 84.

18. Козлов, В.А. Двухчастотный СВЧ циркулятор с расширенным интервалом между полосами рабочих частот/ В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2011: материалы XVII международной научно-технической конференции. - Нижний Новгород: НГТУ. -2011.-С. 95.

19. Сорокин, А. В. Широкополосный СВЧ циркулятор на сосредоточенных элементах с подавлением второй гармоники / А. В.Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы докладов IX Международной научно-технической конференции: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы. — Челябинск: Политехника, 2010. - С. 105-106.

20. Бородин, В.Н. Ферритовые СВЧ циркуляторы с изменяющимся направлением циркуляции/ В.Н. Бородин, В.А. Козлов, А. В. Сорокин // Информационные системы и технологии - ИСТ-2009: материалы XV международной научно-технической конференции - Нижний Новгород, НГТУ. -2009,- С. 58-59.

21. Бородин, В.Н. СВЧ циркуляторы на сосредоточенных элементах с изменяющимся направлением циркуляции / В.Н. Бородин, В.А. Козлов, А.

B. Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: труды VIII Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург: Политехника, 2009. - С. 181-182.

22. Козлов, В.А. Трехчастотные ферритовые СВЧ циркуляторы с изменением направления циркуляции/ В.А. Козлов, А. В.Сорокин // Материалы докладов VIII Международной научно-технической конференции. — Санкт-Петербург: Политехника, 2009. - С. 178-179.

23. Сорокин, А. В. Качественная модель Y-циркуляторов/ А. В.Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов:

материалы докладов XII Международной научно-технической конференции: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы/Под. ред. Неганова. - Самара: Самарское книжное издательство, 2014. -С. 104-106.

24. Сорокин, А. В. Исследование режимов работы У-циркуляторов на сосредоточенных элементах с двойной системой переплетённых проводников/ А. В.Сорокин // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы докладов XII Международной научно-технической конференции: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы/Под. ред. Неганова. - Самара: Самарское книжное издательство, 2014. -С. 104-106.

ЛИТЕРАТУРА

Л1. Техническая электродинамика/ В.И. Вольман, А.Д. Муравцов, В.Ю. Пименов. - М.: Радио и связь, 2000. -536 с.

Л2. Устройства СВЧ и антенны/ Д.И. Воскресенский, В.Л. Гостюхин, В.М. Максимов, Л.И. Пономарёв: Под ред. Воскресенского Д.И. - М.: Радиотехника, 2006. - 367 с.

ЛЗ. Антенны, СВЧ-устройства и их технологии/ Нечаев Ю.Б., Николаев В.И., Андреев Р.Н., H.H. Винокурова: Под общ. Ред. Нечаева Ю.Б., Николаева В.И.— Воронеж, ОАО Концерн «Созвездие», 2008.-629 с.

Л4. Коробовский С. Б., Шагеданов В. И. Феррита вые циркулягоры и вешили// С. Б. Коробовский, В. И. Шагеданов М-М: «Сов радио», 1979.-72 с.

Л5. Неганов В.А. Теория и применение устройств СВЧ// В.А. Неганов, Г.П. Яровой: Под ред В.А. Неганова. - М.: Радио и связь, 2006. - 720 с.

Л6. Твёрдотельные устройства СВЧ в технике связи/ Л.Г Гассанов, В.В. Марков, H.A. Могильченко. - М.:Радио и связь, 1988.-288 с.

Л7. Ферриты и магнитодиэлектрики: Справочник / Под ред. Н.Д. Горбунова, Г. А. Матвеева. - М.: Сов. радио, 1968. - 176 с.

Л8. Михайлова, М. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры // М. Михайлова, В. Филиппов, В. Муслаков. - М.: Радио и связь, 1983.-200 с.

Л9. Харинская М. Микроволновые ферритовые материалы/ М. Харинская//Электроника: Наука, Техника, Бизнес.- 2000. - №1. - С. 24-27.

Л10. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ/ Л.Г.Малорацкий - М.: Советское радио, 1976.-216 с.

Л11. Лебедь Б. Магнитоэлектронные приборы. ОАО «НИИ «Феррит-Домен» не сдаёт своих позиций / Б. Лебедь, Н. Милевский, В. Петров, Ю. Яковлев//Электроника: Наука, Техника, Бизнес - 2008. - №2. - С. 42-47.

Л12. Многофункциональные миниатюрные ферритовые узлы/Е.С. Краснов, И.Ю. Бакаленко, М.Н. Богданов, A.A. Дмитрюк, А.В, Филиппов// Функциональная электроника.- М.: НИИЭИР.-1989.-С. 49-54.

JI13. Бакаленко И.Ю. Миниатюрные ферритовые узлы на основе связанных линий передачи/ И.Ю. Бакаленко, A.A. Дмитрюк, Е.С. Краснов// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1988.-№1.-С. 24-28.

J114. Ищенко А.Н. Интегральные ферритовые устройства СВЧ/ А.Н. Ищенко, Н.Д. Урсуляк// Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ.—1997.— №11.-С. 53-73.

JI15. Лаке, Б. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики / Б. Лаке, К. Батон; перевод с англ. под ред. А.Г. Гуревича. — М.: МИР, 1965. — 675 с.

Подписано в печать 22.10.2014. Формат 60 х 84 Vie. Бумага офсетная. _Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 695._

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.