автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.01, диссертация на тему:Проектирование пассивных устройств СВЧ на основе фильтрующих структур со ступенчатыми резонаторами

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПОВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И ИНФОРМАТИКИ (ПГАТИ)

ДАНИЛОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

Проектирование пассивных устройств СВЧ на основе фильтрующих структур со ступенчатыми резонаторами

Специальность 05.12.01. - Теоретические основы радиотехники

■ - ■ 1 2 ? он>

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-1998

Работа выполнена в НИИ «Экран» (г. Самара) и Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики (ПГАТИ, г. Самара)

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Неганов В.А. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Бровяков В.П.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Раевский С. Б.

- кандидат технических наук, доцент Бочкарёв А. И. Ведущая организация - Самарский отраслевой научно -исследовательский институт радио

Защита состоится 1998г. в 4Ч часов на

заседании диссертационного совета К 118.10.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу: 443099, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ПГАТИ.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор техничес профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание современной радиотехнической аппаратуры (РТА) и вычислительной техники для радиосвязи, радиолокационной, радиоастрономический, радиобиологической и других областей техники требует наличия большого числа фильтрующих структур, представляющих собою один из основных элементов многих радиотехнических устройств. Современная традиционная техника сверхвысоких частот (СВЧ) и развивающаяся техника крайневысоких частот (КВЧ) располагает огромным опытом в проектировании самых разнообразных фильтров СВЧ [Л.1-Л.5]. В диапазоне СВЧ в качестве резонаторов полосно-пропускающих фильтров (ППФ) обычно применяются отрезки однородных передающих линий. [Л. 1, Л.2]. При относительной простоте проектирования и изготовления эти фильтры часто не удовлетворяют современным требованиям по уровню конструктивно-технических и параметрических показателей, а именно:

• все фильтры на отрезках регулярных линий передачи имеют паразитные полосы пропускания (ППП), что значительно снижает качественные показатели РТА на их основе;

• в большинстве случаев невозможно создание фильтров с большой крутизной АЧХ, что приводит к увеличению числа звеньев и потерь в полосе пропускания;

• фильтры на основе однородных резонаторов имеют большие ограничения и являются нетехнологичными;

• в фильтрах с широкими полосами пропускания требуемые величины зазоров практически не могут быть реализованы;

• в фильтрах с однородными резонаторами отсутствует возможность варьирования геометрических размеров четверть- и полуволновых резонаторов, что снижает их уровень конструктивной целесообразности. Указанные недостатки в значительной степени могут быть преодолены

при проектировании фильтров СВЧ на основе новой элементной базы -отрезков нерегулярных линий передачи, то есть линий передачи с изменяющимися параметрами вдоль направления распространения энергии. В этом направлении в последнее время появился ряд работ. Так в [Л.З] предложен подход к решению задачи синтеза фильтров СВЧ с широкими полосами заграждения с заменой одного из однородных резонаторов на многоступенчатую короткозамкнутую линию. Принцип действия таких ППФ основан на взаимной компенсации полюсов и нулей входных сопротивлений однородных резонаторов и неоднородного резонатора на кратных частотах, при этом на основной частоте полюса входных сопротивлений однородного резонатора и неоднородного резонатора совпадают. Подобный подход к построению к ППФ с широкой полосой заграждения получил развитие в [Л.4].

В [Л.5] рассматривались вопросы проектирования ППФ СВЧ на связанных плавно- и ступенчато-нерегулярных полосковых и микрополосковых линиях передачи. В [Л.6] предложен метод определения уровня подавления ППП в фильтрах с четвертьволновыми связями и резонаторами, в которых подавление ППП осуществляется компенсацией резонансных и противорезонансных частот. Однако до настоящего времени, не обоснован выбор неоднородных резонаторов с точки зрения получения оптимальных параметров фильтра СВЧ: характер неоднородности (плавный или ступенчатый); не оптимизировано число ступенек и т.д. Здесь необходимо отметить, что при проектировании фильтрующих структур, как правило, использовались неоднородные отрезки полосковых и микрополосковых линий передачи. Что касается строгой постановки синтеза фильтрующих структур на основе неоднородных резонаторов с учетом всех полюсов передаточной функций, то она отсутствует. Дело в том, что при строгой постановке синтеза, фильтрующих структур СВЧ (особенно это касается ППФ) для того чтобы учесть полюса и нули в полосе заграждения необходимо использовать процедуру Кауэра-Золотарева, которая хорошо обработана для ФНЧ с сосредоточными параметрами. Для ППФ СВЧ с частотными характеристиками для которых априори отсутствует симметрия относительно центральной частоты пропускания, невозможен переход к ФНЧ-прототипу по известным формулам частотного преобразования. Вторая трудность с которой сталкивается разработчик при проектировании фильтрующих структур СВЧ - проблема вычислений волновых сопротивлений линии передачи СВЧ диапазона. Особенно это касается новых типов линий передач: связанных полосковых линий, щелевой линии передачи, копланарного и др. волноводов [Л.7], т.к. значение волнового сопротивления зависит от его определения. Это обстоятельство существенно затрудняет проектирование фильтрующих структур СВЧ. С другой стороны математический аппарат теории сингулярных интегральных уравнений (СИУ), развитый в [Л.8, Л.9], позволяет унифицировано подойти к проблеме вычисления волновых сопротивлений линий передачи. В частности, в первой главе диссертации введены функционалы, позволяющие достаточно просто определить волновое сопротивление. Неоднородные резонаторы в качестве элементной базы могут быть использованы при конструировании не только фильтров СВЧ, но и других функциональных устройств. Например, на их основе возможно проектирование широкополосных переходов с одной линии передачи на другую. Такие переходы будут обладать свойствами ППФ с увеличенным затуханием в полосе заграждения. Очевидно также, что представляет большой интерес проектирование устройств СВЧ на основе неоднородных отрезков других типов линий передачи, в том числе со сложным поперечным сечением (Н - волновод, щелевая линия, копланарный волновод и т.д.) [Л.7]. Эти вопросы, к сожалению, практически не отражены в современной научно-технической литературе.

Целыо работы является: разработка синтеза фильтрующих структур СВЧ на основе ступенчатых резонаторов из отрезков линий передачи, включающего в себя учет полюсов и нулей входного сопротивления и электродинамическое определение волновых сопротивлений отрезков линий передачи через стационарные функционалы, а также проектирование пассивных устройств СВЧ на его основе.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Метод расчета волновых сопротивлений регулярных линий передачи сложного поперечного сечения (полосковые и микрополосковые линии, щелевая линия, связанные микрополосковые линии и т.д.), основанный на введении стационарных функционалов относительно функций распределения тока на полосках для полосковых структур и относительно функции распределения тангенциального электрического поля в щелях для щелевых структур.

2. Метод расширения полосы пропускания и подавления mill фильтрующих структур СВЧ, основанной на компенсации их резонансных и противорезонансных частот за счет применения ступенчатых резонаторов из отрезков линий передачи.

3. Синтез ППФ СВЧ на основе связанных ступенчатых микрополосковых резонаторов, включающий в себя предварительный расчет ступенчатых резонаторов на основе анализа их входных сопротивлений (определяется только часть параметров резонаторов), стандартную процедуру синтеза фильтров по оставшимся неопределенным параметрам резонаторов и вычисление волновых сопротивлений отрезков линий передачи с помощью стационарных функционалов.

4. Синтез широкополосных переходов с различными линиями передачи на основе связанных ступенчатых резонаторов, базирующийся на разработанном синтезе для ППФ СВЧ.

5. Результаты разработки и исследования пассивных устройств СВЧ на основе синтеза фильтрующих структур:

• ППФ СВЧ с расширенной полосой пропускания и подавленными ППП;

• широкополосных переходов с одной линии передачи на другую с улучшенными АЧХ: переход с полосковой линии передачи на щелевую линию; межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии передачи на щелевую линию, переход с Н-волновода на коаксиальную линию и т.д.;

• высокодобротной экранированной щелевой линии с повышенной помехозащищенностью;

• малогабаритных устройств суммирования и деления мощности на отрезках стандартных коаксиальных кабелей.

6. Автоматизированный способ испытаний параметров СВЧ-четырехполюсников, более чувствительный к изменению их параметров по сравнению с известными способами измерений.

Научная новизна.

1. Разработан новый метод расчета волновых сопротивлений полосково-щелевых волноведущих структур, основанный на введении стационарных функционалов относительно либо функций распределения тока на полосках, либо функции распределения тангенциального электрического поля в щелях между полосками;

2. Предложен метод расширения полосы пропускания и подавления ППП фильтрующих структур СВЧ на основе связанных ступенчатых резонаторов, основанный на взаимной компенсации нулей и полюсов входного сопротивления неоднородных резонаторов.

3. Обобщен синтез ППФ СВЧ на основе связанных ступенчатых микрополосковых резонаторов, включающий в себя анализ входных сопротивлений резонаторов, определение волновых сопротивлений отрезков линий передачи с помощью стационарных функционалов и стандартную процедуру синтеза фильтров СВЧ.

4. Разработан синтез ШПП с различными линиями передачи на основе связанных ступенчатых резонаторов, базирующийся на модифицированном синтезе ППФ СВЧ.

5. Предложен и реализован ряд пассивных устройств СВЧ с улучшенными АЧХ и ФЧХ: ППФ СВЧ, ШПП с одной линии передач на другую (межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии на щелевую линию, переход с Н-волновода на коаксиальную линию и т.д.).

6. Предложена и исследована высокодобротная экранированная щелевая линия с повышенной помехозащищенностью, на которую получен патент РФ.

7. Предложен и реализован новый автоматизированный способ испытаний параметров СВЧ-четырехпояюсников, более чувствительный к изменению их параметров по сравнению с известными способами.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается:

• достаточной строгостью разработанных математических моделей исследуемых устройств СВЧ;

• использование математически обоснованных методов расчета линий передачи и резонаторов;

• соответствием результатов теоретических расчетов эксперименту;

• переходом полученных в диссертации аналитических решений в

предельных случаях в ранее известные выражения. Практическая цепность работы заключается в следующем:

1. Разработанный новый и более строгий метод определения волновых сопротивлений полосково-щелевых волноведутцих структур может быть использован при конструировании любых устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, содержащих отрезки полосково-щелевых линий передачи, а также при проектировании плоскостных и объемных ИС СВЧ.

2. Разработанный синтез ППФ СВЧ позволил существенно улучшить их АЧХ: увеличить полосу пропускания, подавить Ш111, увеличить крутизну АЧХ и т.д.

3. Предложенный синтез ШПП с различными линиями передачи позволил разработать ряд переходов с одной линии на другую с улучшенными АЧХ (межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии на щелевую линию, переход с Н-волновода на коаксиальную линию и т.д.).

4. Разработан и внедрен в РТА целый ряд пассивных устройств СВЧ: ППФ СВЧ, широкополосные переходы, устройства суммирования и деления и т.д., о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения.

5. На конструкцию высокодобротной экранированной щелевой линии с повышенной помехозащищенностью получен патент РФ.

6. Результаты диссертации вошли в учебное пособие Неганова В. А., Данилова А. А., Кузьмина О. А. «Проектирование экранированных полосково-щелевых линий передачи сверх- и крайневысоких частот» (Самара: Изд-во ПИИРС, 1997. - 42 е.).

Апробация работы

Диссертация выполнена в рамках НИР, проводимых в НИИ «Экран»: НИР «Корректор - К» (1990 г.), НИР «Смычек » (1990 г.), НИР «РИТМ - 1» (1991 г.), НИР «Разработка алгоритма синтеза схем полосковых селективных устройств СВЧ» (Гос. Регистр. № У67690 от 18.10.90,1992 г.).

Основные результаты диссертационной работы докладывались на IV Всесоюзной научно-технической конференции «Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемных интегральных схемах (ОИС)» (г. Волгоград, 1991 г.), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы применения СВЧ энергии» (г. Саратов, 1993 г.), на V Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование и САПР систем сверхбыстрой обработки информации на объемных интегральных схемах (ОИС) СВЧ и КВЧ» (г. Сергиев Посад, 1995 г.), на VIII Международной школе - семинаре «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г. Охотино, 1996 г.), на I Международном симпозиуме «Биофизика полей и излучений и биоинформатика» (г. Тула, 1996 г.), на IX Международной школе-семинаре

«Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г. Самара, 1997 г.) на IV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» (г. Воронеж, 1998 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ПИИРС (г. Самара, 1994-1998 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 4 статьи, учебное пособие, 18 тезисов докладов на различных научно-технических конференциях, 1 патент РФ. Две статьи находятся в центральной печати (журнал «Радиотехника»),

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Она содержит 203 страницы текста, включая 69страниц рисунков, список использованных источников из 91 наименования и акты внедрения.

Во введении дан краткий обзор современного состояния вопроса, обоснована актуальность темы, определены цели исследований, кратко изложено содержание работы, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Метод расчета волновых сопротивлений полосково-щелевых линий передачи» разработан универсальный алгоритм вычисления волновых сопротивлений волноведущих структур сложного поперечного сечения, представляющих основу для построения пассивных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов: фильтров, переходов, переключателей и т.д. На рис. 1 показано поперечное сечение экранированной линии передачи с ^-идеально проводящими бесконечно тонкими полосками на плоскость у=0 между двумя областями у>0 и у<0, каждая из которых может содержать произвольное число изотропных и неизотропных слоев. Волновые сопротивления такой линии передачи (число щелей N на плоскости у=0 не больше числа полосок: И<к) определяются следующим образом:

— активная мощность, переносимая собственной волной структуры, определяемая интегралом от вектора Пойнтинга по поперечному сечению линии передачи Напряжение и в щелях волноведущих структур (рис. 1) определим как интеграл от напряжения электрического поля в щелях

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

О)

где

(2)

с/=_[/,(*')•<*»', (3)

I»

где /х = Ех(х,у = 0), 1„ — совокупность N отрезков на оси х, соответствующих щелям между полосками. Далее определяется мощность Р как функционал от функции /Х(х) исходя из следующего сингулярного интегрального представления для поля [9]:

Е(х,у,г) = г ■ |£<5(х,.у,х')- /,(*')• сЬс' ,

(4)

Н(х,у,г) = е~1г г ■ |я5(х,у,х')-/х{х')чЬ' ,

где ЕС,Я (3 — известные векторы, явный вид которых зависит от поперечного сечения структуры; у — постоянная распространения собственной волны линии передачи. Заметим, что векторные ядра ЕС,Н О при_у=0 (рис. 1) имеют особенности (логарифмические и сингулярности типа Коши).

Рис. 1. Поперечное сечение обобщенной полосково-щелевой линии передачи

С учетом соотношений (1)-(4) нетрудно записать формулу для волнового сопротивления в виде следующего функционала:

г = (*')•*! , (5)

где функция Т(х',х") выражается через составляющие векторов Е(3 и "(3 .

Выражение (5) является стационарным функционалом относительно неизвестного распределения электрического поля /,(*) в щелях линий передачи. Это означает, что при подстановке в формулу (5) приближенной пробной функции /, (х) выражение для 2 будет иметь погрешность второго

порядка малости, т. к. для стационарных функционалов первая вариация обращается в нуль.

Функционал (5) удобен для вычисления 2 структур, для которых В противном случае, когда число полосок меньше числа щелей (к<М), целесообразно определение волнового сопротивления через мощность Р и полный ток на полосках. Для этого случая в диссертации записан другой функционал для Ъ относительно продольной составляющей поверхностной плотности тока}г на металлических полосках.

В первой главе на основе введенных функционалов получены приближенные аналитические формулы для волновых сопротивлений собственных волн для волноведущих структур: для основной волны волноводно-щелевой линии (ВЩЛ), для собственных волн двусторонней симметричной ВЩЛ при синфазном и противофазном возбуждения; для основой волны экранированной несимметричной полосковой линии (ЭНПЛ), для четных и нечетных типов волн связанных микрополосковых линий передачи. Проведены расчеты 2 для этих волноведущих структур при различных значениях геометрических и физических параметров линий передачи.

Следует заметить, что при вычислении 2 необходимо знать значение постоянной распространения у собственной волны, для которой определяется волновое сопротивление. Постоянная распространения у в неявном виде входит в ядро Т(х',х") функционала (5). Поэтому в диссертации приведены

для всех исследуемых волноведущих структур приближенные, записанные в замкнутом виде, дисперсионные уравнения для определения постоянной распространения у собственных волн. Дисперсионные уравнения получены с помощью математического аппарата СИУ.

Во второй главе «Синтез полоснопропускающих фильтров на связанных микрополосковых ступенчатых резонаторах» рассмотрена новая элементная база для проектирования ППФ СВЧ - связанные ступенчатые микрополосковые резонаторы - позволяющая существенно улучшить АЧХ устройства. На рис.2я, в качестве примера, показана типичная характеристика ППФ на связанных однородных четвертьволновых резонаторах, где f-собственная резонансная частота однородного резонатора. Характерной особенностью частотных зависимостей ослабления ППФ на однородных резонаторах (рис. За) является появление полюсов для передаточной функции

ППФ на частотах 2и/0 = и нулей на частотах (2п-1)/0 (п = 1,<-ю|.

Рассмотрим теперь АЧХ ППФ на основе связанных четвертьволновых одноступенчатых резонаторов (рис. 36). Пусть для одноступенчатого резонатора, справедливы следующие условия:

« тс „ ~ 2л1

в,+е, = -,*. = —, гуер=у,+у2, е = —. (6)

2 У СР Я.

где X - длина волны в отрезке однородной микрополосковой линии шириной са (рис.За), уи у2 ~ постоянные распространения в соответствующих отрезках линий передачи неоднородного резонатора, уср - усредненная постоянная распространения в неоднородной линии передачи. Тогда входное сопротивление неоднородного резонатора (без учета реактивности, обусловленной искажением поля в области скачка) в первом приближении

г'*)) ,

————■—————— л ~Г I ' ———————

(7)

где 22 — волновые сопротивления первого и второго отрезков линий

передачи, — входное сопротивление при г = /(, которое в случае

режима холостого хода при г=0 равно

=г,-сф(8)

Анализ соотношений (7), (8) показывает, что мы можем в известных пределах

произвольно изменять с помощью двух любых независимых

геометрических размеров из четырех (¡1>12,м>],м>2)> определяющих топологию

одноступенчатого резонатора. На рис.2(б-г) показаны возможные физически реализуемые АЧХ ППФ на ступенчатых микрополосковых резонаторах.

Анализ нулей и полюсов передаточной функции ППФ на основе ступенчатых резонаторов позволил:

• на предварительном этапе синтеза значительно улучшить АЧХ фильтра путем частичного расчета его звеньев;

• дополнительно ввести новые степени свободы в выборе размеров и физических параметров резонатора, что позволило существенно снизить технологические требования к изготовлению фильтра;

• увеличить рабочую полосу частот почти ПФ в три раза.

Определив таким образом часть геометрических размеров и физических параметров резонаторов и тем самым существенно улучшив АЧХ уже на предварительном этапе, дальнейшая оптимизация характеристик устройства проводится на основе стандартной процедуры синтеза ППФ СВЧ по оставшимся неопределенными размерам и параметрам с вычислением волновых сопротивлений и электрических дайн отрезков линий передачи, из которых состоит резонатор, на основе математического аппарата, развитого в первой главе диссертации.

1,дБ

ДдБ

а)

б)

£,дВ

*)

£,дБ

Н-1--

ад ад /

2/,

г)

ад

Рис.2. Качественные частотные зависимости ослабления ППФ СВЧ на связанных одноступенчатых четвертьволновых микрополосковых резонаторах: а) — для ППФ на однородных резонаторах; б), в), г) — для ППФ на одноступенчатых оезонатопах

Анализ входного сопротивления ступенчатых резонаторов в диссертации

позволил сделать следующие выводы:

• при использовании одноступенчатых резонаторов наблюдается максимально возможная полоса пропускания и максимальное удаление первой ППП;

• резонаторы с периодическим чередованием перепада ширины полоски при числе ступенек больше 3 не дают заметного увеличения полосы пропускания и удаления первой ППП от центральной частоты ППФ;

• применение неоднородных резонаторов с плавно изменяющимся волновым сопротивлением (число ступенек больше 100) нецелесообразно при проектировании широкополосных ППФ с увеличенным ослаблением в полосе заграждения.

б)

Рис.3. Топологии микрополосковых резонаторов: а) — однородный резонатор, б) —одноступенчатый резонатор

Во второй главе приводятся результаты применения модифицированного синтеза к проектированию трех ППФ: топологические эскизы плат и экспериментальные результаты. В качестве примера на рис. 4а приведен топологический эскиз синтезированного пятирезонаторного фильтра на среднюю частоту полосы пропускания /о=1,925 ГГЦ. Экспериментальные характеристики ППФ приведены на рис. 46, в: максимальный уровень потерь

в относительной полосе пропускания <£=0,1 не превышает 3 дБ; уровень пульсаций 41=0,2 дБ.

. В третьей главе «Синтез широкополосных переходов с различными линиями передачи на основе ступенчатых резонаторов» предложена новая элементная база для проектирования 1ППП с различными линиями передачи: ступенчатые резонаторы, образованные из отрезков той или иной линии передачи (НПЛ, Н-волновод, ВЩЛ и т.д.), которая на предварительном этапе синтеза перехода путем частичной оптимизации его звеньев (ступенчатых резонаторов) позволяет значительно улучшить АЧХ переходов по сравнению с характеристиками аналогичных устройств на однородных резонаторах.

Рис 4. Топологический эскиз фильтра на полуволновых

ступенчатых разомкнутых резонаторах (а) и его экспериментальные характеристики (б, в): б)— в полосе пропускания; в)— в полосе заграждения; 1— расчет; 2— эксперимент

Разработанный в этой главе синтез ШПП с одной линии на другую на основе ступенчатых резонаторов включают в себя:

• предварительный расчет ступенчатых резонаторов на основе анализа нулей и полюсов входных сопротивлений, позволяющий увеличить полосу пропускания и ослабление в полосе заграждения (на этом этапе определяется только часть геометрических размеров и физических параметров резонаторов);

• сопоставление эквивалентной схемы перехода со схемой замещения ППФ на сосредоточенных параметрах и проведение для ФНЧ прототипа стандартной процедуры определения (синтез) оставшихся неопределенными геометрических размеров и физических параметров резонаторов перехода по заданной неравномерности ослабления в полосе пропускания и минимальному затуханию в полосе заграждения;

• вычисление волновых сопротивлений и электрических длин отрезков линий передачи, из которых состоят резонаторы, на основе функционалов для Ъ и дисперсионных уравнений для определения у, полученных в первой главе диссертации.

а) б)

I

- .1.

в)

г)

Рис. 5. Широкополосные переходы

Разработанный синтез позволил сконструировать и внедрить в современную РТА различного назначения ряд П1ПП СВЧ с улучшенными АЧХ и ФЧХ: переход с полосковой линии передачи на щелевую линию (рис. 5а), межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии на щелевую линию (рис.5б), переход с Н-волновода на коаксиальную линию (рис.5е), переход с одной НПЛ на другую НПЛ, расположенные между слоями диэлектриков (рис.5г). В диссертации приведены конструктивные характеристики переходов и их технические характеристики. В частности, штя

4

3

перехода, показанного на рис. 5 а, со средней частотой полосы пропускания /„=3.25 ГГЦ и относительной полосой пропускания ¿=0.9 были получены следующие экспериментальные характеристики без дополнительной подстройки: максимальное ослабление в полосе пропускания 0.65 дБ при неравномерности ослабления Л1 < 0.35 дБ, КСВН < 1.5. Конструктивно переход выполнен на фольгированном материале ФЛАН - 10 - 2. Габариты плат без экрана 2x24x24 мм.

В четвертой главе «Применение разработанных математических методов при проектировании устройств различных диапазонов» приведены результаты теоретического и экспериментального моделирования ряда новых устройств:

• получены расчетные соотношения для согласующего двухступенчатого трансформатора с расширенной областью физической (конструктивной) реализуемости и определены эти области;

• на основе электродинамического анализа гофрированно-щелевых линий передачи предложена конструкция высокодобротной экранированной щелевой линии с повышенной помехозащищенностью (см. рис. 6), на которую получен патент РФ;

• на основе анализа нулей и полюсов входного сопротивления высокодобротных ступенчатых переходов разработаны малогабаритные устройства деления мощности метрового диапазона;

Рис. 6. Дисперсионные характеристики высокодобротной экранированной щелевой линии с повышенной помехозащищенностью: 1 - линия без периодической замедляющей структуры; 2, 3 - линия с периодической замедляющей структурой (2 - объемная электромагнитная волна, 3 - поверхностная электромагнитная

волна)

• проведен расчет полосы заграждения ППФ для безкомбинационного преобразования сигналов в приемопередатчиках с преобразованием частотного спектра;

• разработаны малогабаритные устройства суммировал™ и деления мощности на отрезках стандартных коаксиальных кабелей.

В этой же главе описан предложенный автором автоматизированный способ испытаний параметров СВЧ — четырехполюсников, основанный на измерении отношения мощности отраженной волны от входа четырехполюсника к мощности, падающей на нагрузку четырехполюсника. Показано, что эта измеряемая величина является наиболее информативной с точки зрения измерения параметров четырехполюсника и более чувствительной к изменению его параметров.

Основные результаты и выводы работы.

1. Предложен и реализован на электродинамическом уровне строгости достаточно общий алгоритм определения волновых сопротивлений полосково-щелевых линю! передачи, основанный на введении стационарных функционалов относительно либо тангенциального электрического поля в щелях, либо относительно поверхностной плотности тока на металлических полосках.

2. На основе введенных стационарных функционалов получены приближенные аналитические формулы для волновых сопротивлений ряда линий передачи.

3. Обобщен синтез ППФ СВЧ на случай связанных ступенчатых микрополосковых резонаторов, включающий в себя анализ входных сопротивлений резонаторов, определение волновых сопротивлений отрезков линий передач с помощью стационарных функционалов и стандартную процедуру синтеза фильтров СВЧ.

4. Разработан синтез ШПП с одной линии на другую на основе ступенчатых резонаторов, базирующийся на модифицированном синтезе ППФ СВЧ.

5. Предложен и реализован ряд пассивных устройств СВЧ с улучшенными АЧХ и ФЧХ: ППФ СВЧ, ШПП (межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии на щелевую линию, переход с Н-волновода на коаксиальную линию и т.д.).

6. Предложена и исследована высокодобротная экранированная щелевая линия с повышенной помехозащищенностью, на которую получен патент РФ.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ

РАБОТЫ:

1. Данилов A.A. Методика расчета полосовых фильтров на несимметричных ступенчатых разомкнутых резонаторах // Электродинамика и техника СВЧ иКВЧ. -1995. -N4. -С.30-40.

2. Бровяков В.П., Данилов A.A. Дуальность звеньев фильтров СВЧ на ступенчатых резонаторах с электромагнитной связью //Сб. научных трудов. Дискретные цифровые системы в радиотехнических устройствах и системах. - Куйбышев: КуАИ. -1990. -С.ЗО-ЗЗ.

3. Бровяков В.П., Данилов A.A. Дуальность фильтров СВЧ на ступенчатых резонаторах // Тез. докл. на IV Всесоюз. НТК "Математнч. моделир. и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемных интегральных схемах (ОИС)". - Волгоград. -1991. -С.137.

4. Бровяков В. П., Данилов А. А. Алгоритм оценки конструктивной реализации фильтров СВЧ.// Тез. докл. научно-технической конференции. - Саратов: Изд-во СГТУ. -1993. -С. 70.

5. Бровяков В.П., Данилов A.A. Оценка реализуемости полосковых фильтров// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС.-1994. -С. 24.

6. Бровяков В.П., Данилов A.A. Высокодобротные малогабаритные фильтры на ступенчатых резонаторах// Тез. докл. на V Междунар. научно-технической конференции "Математнч. моделир. и САПР ". - Сергиев Посад.-1995. -С.117.

7. Данилов A.A. Область реализуемости ступенчатого трансформатора// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1994. -С. 26.

8. Данилов A.A. Методика расчета полосовых фильтров на ступенчатых резонаторах с расширенной полосой заграждения// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1995. -С.22.

9. Данилов A.A., Кузьмин O.A., Неганов В.А., Яровой Г.П. Метод расчета волновых сопротивлений полосково-щелевых волноведущих структур СВЧ и КВЧ диапазонов // Тез. докл. на IV Всесоюз. шк.-сем. -Охотино. -1996. -С. 142.

Ю.Данилов A.A., Смагин В.А. Расчет полосы заграждения полосовых фильтров для безкомбинационого преобразования сигналов в приемопередатчиках с преобразованием частотного спектра// Тез. докл. научно-технической конференции.. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1996. -С.25.

11. Неганов В.А., Данилов A.A., Смагин В.А. Методика определения волновых сопротивлений волноводно-щелевых линий передач.// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1996. -С. 36.

12. Неганов В.А., Данилов A.A., Уваров В.Г. Электродинамический метод анализа гофрированно-щелевых линий передачи КВЧ и СВЧ диапазонов// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1996. -С. 22.

13. Данилов A.A., Кузьмин O.A., Неганов В.А. Проектирование переходов на основе фильтрующих структур // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. -1996.-Т.4, N4. -С.41-51.

14. Данилов A.A., Кузьмин O.A., Куприянов E.H., Неганов В. А. Проектирование широкополосных переходов для медицинской СВЧ и КВЧ аппаратуры// Вестник новых медицинских технологий. -Тула, 1996. -Т. 3. - № 4. - С. 36-38.

15. Данилов A.A., Кузьмин O.A. Устройства суммирования-деления мощности на отрезках стандартных коаксиальных кабелей// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1997. -С. 37-40.

16. Данилов A.A., Смагин В.А. Оценка возможности применения светочувствительной пасты при производстве СВЧ микросборок сантиметрового диапазона методом толстопленочной технологии// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1997. -С. 33-34.

17. Неганов В.А., Данилов A.A., Кузьмин O.A. Проектирование широкополосных переходов для СВЧ и КВЧ аппаратуры// Тез. докл. научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1997. -С. 5254.

18. Неганов В. А., Данилов A.A., Кузьмин O.A. Проектирование экранированных полосково-щелевых линий передачи сверх- и крайневысоких частот: Учебное пособие. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1997. -42с.

19. Данилов A.A., Кузьмин O.A., Смагин В.А. Синтез полосовых фильтров на разнотипных несимметричных ступенчатых полосковых резонаторах // Тез. докл. на IX Междунар. шк.-сем. «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ»-Самара. -1997.-С.79-83.

20. Щелевая экранированная линия// А. А. Данилов, В. А. Неганов, В. Г. Уваров, В. А. Смагин (Россия). -96105565/09. Заяв. 22.03.97. Опубл. 20.12.97. Бюл. №35 Патент RU 2099825 С1, МКИ6 Н01 РЗ/08.

21. Неганов В.А., Данилов A.A., Калинин М.Г. Автоматизированный комплекс КВЧ-терапии и экспресс диагностика заболеваний// Тез. докл научно-технической конференции. -Самара: Изд-во ПИИРС. -1998. -С. 19-20.

22. Данилов A.A., Кузьмин O.A., Неганов В.А. Метод определения волновых сопротивлений волноведущих структур сложного поперечного сечения// Тез. докл. научно-технической конференции. - Самара: ПГАТИ. -1998. -С. 22-23.

23. Неганов В. А., Данилов А. А., Кузьмин О. А. Синтез широкополосных развязывающих элементов СВЧ устройств// Тез. докл. на IV Междунар." научно-технической конференции. - Воронеж. -1998. -С.1637-1641.

24. Данилов A.A., Неганов В.А., Рахаев A.A. Согласующее устройство дециметрового диапазона на ряд дискретных частот// Тез. докл научно-технической конференции. -Самара: ПГАТИ. -1998. -С. 32.

25. Неганов В. А., Данилов А. А., Кузьмин О. А. Синтез широкополосных переходов на основе фильтрующих структур// Радиотехника. -1998 (в печати).

26. Неганов В. А., Арефьев А. С., Данилов А. А., Кузьмин О. А. Метод расчета волновых сопротивлений полосково-щелевых линий передачи// Радиотехника. -1998 (в печати).

ЛИТЕРАТУРА

Л.1. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. -М.: Связь, т. 1,1971.- 440с„ т.2, 1972. - 496с.

Л.2. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. - М.: Связь, 1967. - 652с.

Л.З. Козловский В. В., Сошников В. И. Устройства на неоднородных линиях. -Киев: Техшка,1987. - 191с.

Л.4. Ильченко Н. Е., Захаров А. В. Построение резонаторов со взаимно противоположными распределениями собственных частот// Радиотехника и электроника, 1990. - т. 35. — № 3. - С.652-656.

Л.З. Чепурной С. Н. Исследование и разработка полосковых фильтров на основе нерегулярных линий передачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Новосибирск, 1993.-20с.

Л.6. Аганин А. Г., Бердышев В. П. Определение уровня подавления паразитных полос пропускания полосового фильтра СВЧ/ Радиотехника, 1998. — № 3.-С.25-28.

Л.7. Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. - М.: Наука, 1985. - 256с.

Л.8. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Полосково-щелевые структуры сверх и крайневысоких частот. - М.: Наука, Физматлит, 1996. - 304с.

Л.9. Неганов В. А., Нефедов Е. И., Яровой Г. П. Современные методы проектирования линий передачи и резонаторов сверх- и крайневысоких частот. - М: Педагогика - Пресс, 1998. - 328с.

Корректор ВяткинаС.С.

Подписано в печать£Ю.9$г Формат В0*ЗЧ//& Печать оперативная. Ус. п. л. -1,25*,.* Уч. из. л. - 20Л

Цена договорная. Тираж /00^3

Ротапринт ПГАТИ ~

Государственный комитет Российской Федерации по связи и

информатизации Поволжская государственная академия телекоммуникации и

информатики

На правах рукописи

Данилов Александр Александрович ' ^ ^

Проектирование пассивных устройств СВЧ на основе фильтрующих структур со ступенчатыми резонаторами

05.12.01. - Теоретические основы радиотехники

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Неганов В. А.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Бровяков В.П.

Самара—1998

1.2. Стационарные q]}yнкциoнaлы для волнового сопротивления_16

13 о Волноводно-щелевые линии (ВЩД) передачи с прямоугольными экранами_22

14 о Экранированные несимметричные ■полосковые линии (ЭНПЛ)

передачи с прямоугольными экранами_29

1,5 „ Алгоритм определения входных адмшганеов и __35

1.6. Двусторонняя симметричная ВЩЛ____39

1.7. Волновое сопротивление ЭНПЛ___44

1.8. Связанные микрополосковые линии передачи____51

1.9о Выводы_55

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ПОЛОСНОПРОПУСКАШЩИХ ФИЛЬТРОВ (ППФ) НА СВЯЗАННЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СТУПЕНЧАТЫХ РЕЗОНАТОРАХ_5 8

2.1. Предварительный этап синтеза. Обоснование выбора связанных ступенчатых резонаторов_62

2.2. Анализ входного сопротивления ступенчатых резонаторов_68

2.3. Преобразование схем ППФ. Схемы замещения с инверторами сопротивления и проводимости_89

2.4. Обобщенные инверторы сопротивлений и проводимости фильтров со ступенчатыми резонаторами____96

2.5. Параметры крутизны реактивных сопротивлений и проводимостей ступенчатых резонаторов__________105

2.6. Синтез ФНЧ=прототипов по Кауэру-Золотареву___109

2.7. Алгоритм синтеза фильтров. Примеры практической реализации_115

2.8. Выводы_____________________________ ________120

глава 3. синтез

кополосных переходов (ниш) с

основе связанных

схем переходов со схемами замещения на основе

прототипов____

3.3. Алгоритм синтеза переходов. Примеры практической реализации_

34

лава 4.

ЛОЛ

пи

устройств различных

и. с

4.

4.

4.4.

4.

1Р

.55

шсокодобротная экранированная щелевая линия с повышенной

юта

4.6. СпосоС

л

[6:

заграждения НПФ для безкомбинашр в приемопередатчиках с преобр.

1

ВВЕДШИЕ

Астуашъдшстгь темы,

Создание современной радиотехнической аппаратуры (РТА) и вычислительной техники для радиосвязи, радиолокационной, радиоастрономический, радиобиологической и других областей техники требует наличия большого числа фильтрующих структур, представляющих собой один из основных элементов многих радиотехнических устройств. Современная традиционная техника сверхвысоких частот (СВЧ) и развивающаяся техника крайневысоких частот (КВЧ) располагает огромным опытом в проектировании самых разнообразных фильтров СВЧ /1=30/. В диапазоне СВЧ в качестве резонаторов полоснопропускающих фильтров (1111Ф) обычно применяются отрезки однородных передающих линий. При относительной простоте проектирования и изготовления эти фильтры часто не удовлетворяют современным требованиям по уровню конструктивно» технических и параметрических показателей, а именно:

о практически все фильтры на отрезках регулярных линий передачи имеют паразитные полосы пропускания (ШЛИ), что значительно снижает качественные показатели РТА на их основе; о в большинстве случаев невозможно создание фильтров с большой крутизной АЧХ, что приводит к увеличению числа звеньев и потерь в полосе пропускания; о фильтры на основе однородных резонаторов имеют большие

Указанные недостатки в значительной степени могут быть преодолены при проектировании фильтров СВЧ на основе новой элементной базы -отрезков нерегулярных линий передачи, то есть линий передачи с изменяющимися параметрами вдоль направления распространения энергии. В этом направлении в последнее время появилось ряд работ. Так в /31/ предложен подход к решению задачи синтеза фильтров СВЧ с широкими полосами заграждения с заменой одного из однородных резонаторов на многоступенчатую короткозамкнутую линию. Принцип действия таких ППФ основан на взаимной компенсации полюсов и нулей входных сопротивлений однородных резонаторов и неоднородного резонатора на кратных частотах, при этом на основной частоте полюса входных сопротивлений однородного резонатора и неоднородного резонатора совпадают. Подобный подход к построению к ППФ с широкой полосой заграждения получил развитие в /32/. В /33/ рассматривались вопросы проектирования ППФ СВЧ на связанных плавно» и ступенчатонерегулярных полосковых и микрополосковых линий передачи. В /34/ приведена оценка уровня подавления ППП для фильтров, у которых подавление осуществляется путем разноса паразитных резонансных частот. В /35/ предложен метод определения уровня подавления ППП в фильтрах с четвертьволновыми связями и резонаторами, в которых подавление ППП осуществляется компенсацией резонансных и противорезонансных частот. Однако до настоящего времени, на наш взгляд, не обоснован выбор неоднородных резонаторов с точки зрения получения оптимальных параметров фильтра СВЧ: характер неоднородности (плавный или ступенчатый); не оптимизировано число ступенек и т.д. Здесь необходимо отметить, что при проектировании фильтрующих структур, как правило, использовали неоднородные отрезки полосковых и микрополосковых линий передачи.

Что касается строгой постановки синтеза фильтрующих структур на основе неоднородных резонаторов с учетом всех полюсов передаточной функций, то она отсутствует. Дело в том, что при строгой постановке синтеза фильтрующих структур СВЧ (особенно это касается ППФ) для того чтобы

учесть полюса и нули в полосе заграждения необходимо использовать процедуру Кауэра=Золотарева, которая хорошо отработана для ФНЧ с сосредоточивши параметрами. Для ППФ СВЧ с частотными характеристиками, для которых априори отсутствует симметрия относительно центральной частоты пропускания, невозможен переход к ФНЧ=прототипу по известным формулам частотного преобразования. Вторая трудность с которой сталкивается разработчик при проектировании фильтрующих структур СВЧ -проблема вычислений волновых сопротивлений линии передачи СВЧ диапазона. Особенно это касается новых типов линий передач: связанных полосковых линий, волноводно-щелевой линии передачи и др. Здесь только отметим, что значение волнового сопротивления зависит от его определения /1/. Это обстоятельство существенно затрудняет проектирование фильтрующих структур СВЧ. С другой стороны математический аппарат теории сингулярных интегральных уравнений (СИУ), развитый в /36=39/, позволяет унифицировано подойти к проблеме вычисления волновых сопротивлений линий передачи. В частности, в первой главе диссертации введены функционалы, позволяющие достаточно просто определить волновое сопротивление.

Неоднородные резонаторы в качестве элементной базы могут быть использованы при конструировании не только фильтров СВЧ, но и других функциональных устройств. Например, на их основе возможно проектирование широкополосных переходов с одной линии передачи на другую. Такие переходы будут обладать свойствами ППФ с увеличенным затуханием в полосе заграждения. Очевидно также, что представляет большой интерес проектирование устройств СВЧ на основе неоднородных отрезков других типов линий передачи, в том числе со сложным поперечным сечением (Ы -волновод, щелевая линия, колланарный волновод и т.д.) /14, 40, 41/. Эти вопросы, к сожалению, практически не отражены в современной научно= технической литературе.

Щвлиыкго работы является:

разработка синтеза фильтрующих структур СВЧ на основе ступенчатых резонаторов из отрезков линий передачи, включающего в себя учет полюсов и нулей входного сопротивления резонаторов и электродинамическое определение волновых сопротивлений отрезков линий передачи через стационарные функционалы, а также проектирование пассивных устройств СВЧ на его основе.

СРшотшы© мшдтатошшмс, юышкохшмы® шш защитите

4. Синтез широкополюсных переходов с различными линиями передачи на основе ступенчатых резонаторов, базирующийся на разработанном синтезе для ППФ СВЧ.

о ППФ СВЧ с расширенной полосой пропускания и подавленными 111111;

о широкополосные переходы с одной линии передачи на другую с улучшенными АЧХ (переход с полосковой линии передачи на щелевую линию; межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии передачи на щелевую линию, переход с Н~волновода на коаксиальную линию и т.д.); о высокодобротная экранированная щелевам линия с повышенной

помехозащищенностью; о малогабаритные устройства суммирования и деления мощности на

отрезках стандартных коаксиальных кабелей; б„ Автоматизированный способ испытаний параметров СВЧ-четырехполюсников, более чувствительный к изменению его параметров по сравнению с известными методами измерений.

ШЬучишм шкшмшзшш заключается в том , что:

1 . Разработан новый метод расчета волновых сопротивлений полосково-щелевых волноведущих структур, основанный на введении стационарных функционалов относительно либо функций распределения тока на полосках, либо функции распределения тангенциального электрического поля в щелях между полосками.

2. Предложен метод расширения полосы пропускания и подавления ПНИ фильтрующих структур СВЧ на основе ступенчатых резонаторов, основанный на взаимной компенсации нулей и полюсов входного сопротивления неоднородных резонаторов.

3. Обобщён синтез ППФ СВЧ на основе связанных ступенчатых микрополосковых резонаторов, включающий в себя анализ входных сопротивлений резонаторов, определение волновых сопротивлений отрезков

4. Разработан синтез широкополосных переходов с различными линиями

на щелевую линию, переход с б. Предложена и иееледов;

на коаксиальную линию и т.д.

ли

переходом полученных в диссертации аналитических решений в предельных

юты

использо!

щелевых волноведущих структур бых устройств СВЧ и КВ1

с

о

о

о

о

содержащих отрезки полосково-щелевых линий передачи, а также при проектировании плоскостных и объемных ИС СВЧ. 2. Разработанный синтез ППФ СВЧ позволил существенно улучшить их АЧХ: расширить диапазон реализации полос пропускания, максимально удалить ШЛЯ, увеличить крутизну АЧХ и т.д.

коаксиальную линию и т.д.).

4. Разработан и внедрен в РТА целый ряд пассивных устройств СВЧ: ППФ СВЧ, широкополосные переходы, устройства суммирования и деления и т.д., о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения.

Диссертация выполнена в рамках НИР, проводимых в НИИ «Экран»: НИР «Корректор — К» (1990 г.), НИР «Смычек » (1990 г.), НИР «РИТМ - 1» (1991), НИР «Разработка алгоритма синтеза схем полосковых селективных устройств СВЧ» (Гос. Регистр. №? У67690 от 18.10.90, 1992г.).

Основные результаты диссертационной работы докладывались на IV Всесоюзной научно-технической конференции «Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемных интегральных схемах (ОИС)» (г. Волгоград, 1991 г.), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы применения СВЧ энергии» (г. Саратов, 1993 г.), на V Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование и САПР систем сверхбыстрой обработки! информации на объемных интегральных схемах (ОИС) СВЧ и КВЧ» (г. Сергиев Посад, 1995 г.), на VIII Международной школе

- семинаре «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г. Охотино, 1996 г.), на I Международном симпозиуме «Биофизика полей и излучений и биоинформатика» (г. Тула, 1996 г.), на IX Международной школе-семинаре «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (г. Самара, 1997 г„) на IV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» (г. Воронеж, 1998 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ПИИРС (г. Самара, 1994=1998 гг.).

В ткврмкй ошш© развит метод расчета волновых сопротивлений регулярных полосково-щелевых линий передачи. Подход основан на определении волнового сопротивления через передаваемую мощность и заданное напряжение (ток) в области щелей (на полосках) структуры. Были получены унифицированные формулы для волновых сопротивлений волноводно-щелевых линий передачи, представляющие собой стационарные функционалы относительно либо тангенциального распределения электрического поля в щелях, либо относительно плотности поверхностного тока на полосках. В главе рассмотрены экранированная несимметричная полосковая линия, двухсторонняя симметричная волноводно-щелевая линия, волноводно-щелевая линия, связанные мшкрополосковые линии. Для всех этих волноведущих структур приведены рассчитанные по предложенному методу частотные зависимости волновых сопротивлений при различных значениях геометрии поперечных сечений линий передачи.

Во шторам глаш© описан предложенный автором синтез ППФ СВЧ на связанных микрополосковых ступенчатых резонаторах, который состоит из двух этапов. Fla первом этапе на основе анализа входных сопротивлений неоднородных резонаторов проводится предварительный расчет ступенчатых резонаторов; при этом жестко определяется только часть геометрических и

физических параметров резонаторов. Уже на этом этапе существенно увеличивается полоса пропускания и увеличивается ослабление в полосе заграждения. В частности, можно устранить первую ХШП. Второй этап включает в себя известную процедуру синтеза фильтров СВЧ с определением волновых сопротивлений отрезков линий передачи ступенчатых резонаторов по методике, описанной в первой главе. Здесь же приведены результаты синтеза конкретных ППФ СВЧ и даны результаты сравнений экспериментальных характеристик устройств СВЧ с теоретическими результатами.

В третьей кшшю© разработан синтез широкополосных переходов с одной линии передачи на другую на основе связанных ступенчатых резонаторов. Синтез основан на математическом аппарате, развитым во второй главе для ППФ СВЧ и новом подходе в определении волновых сопротивлений отрезков линий передачи, описанном в первой главе. В этой главе приводятся результаты проектирования различных переходов с улучшенными АЧХ и ФЧХ: переход с полосковой линии на щелевую линию; межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии передачи на щелевую линию; межслойный переход с несимметричной микрополосковой линии на несимметричную микрополосковую линию, расположенные между слоями диэлектриков; переход с Н=волновода на коаксиальную линию.

В оттертой ошв© описываются результаты применения математических методов, разработанных в первых трех главах, при проектировании пассивных устройств различных диапазонов. Это одноступенчатый согласующий трансформатор, малогабаритные устройства деления мощности метрового диапазона, малогабаритные устройства суммирования и деления мощности на отрезках стандартных кабелей. Особой оригинальностью отличается конструкция высокодобротной экранированной щелевой линии с повышенной помехозащищенностью, на которую получен патент РФ. В эту главу включен и раздел, в котором описывается предложенный автором способ испытаний параметров СВЧ=

четырехполюсников, обладающий большей чувствительностью к изменению его параметров. На основе этого способа проведено большинство измерений разработанных автором устройств СВЧ и других диапазонов.

В мюбдотвшшш приводятся основные выводы диссертационной работы.

ГШублшташщм. По материалам диссертации! опубликовано 24 работы, в том числе 4 статьи, учебное пособие, 18 тезисов докладов на различных научно-технических конференциях и семинарах, 1 патент РФ. Две статьи в настоящее время находятся в центральной печати (ж. Радиотехника).

Структура ш (0)§ъ©м дштещтащшм. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Она ©одержит 203 страницы текста, включая 69 страниц рисунков, список использованных источников из 91 наименования и акты внедрения.

;тл волиовмх соиротм:

шшосково-пщежвых лшмиш шередачпш

1о1о В®©д©шш© ж шр®®л©му

получили полосково-щелевые линии (ПЩЛ) передачи. Одной из основных

устройств на основе ПЩЛ9 является задача определения волновых подводящих линий, а также парциальных линий передачи,

в

гв /28Д2/.

ш

вопросов. Во-первых, волновое сопротивление в технике

Z может

СВЧ и КВЧ

быть определено одним из способов: путем использования отношения

токе), т. е. /1,43/

"к/

1.1.

Н

:я

, даже если

сечения, как это делается в случае линии передачи с волной Г-

через условный ток и напряжение, в случае прямоугольного волновода, возбуждённого на волне Нм? равно /1/

■41,1

а,

У

Во-вторых, в достаточно обширнои научной и справочной литературе шчески

линии

линии, секториально-цилиндричеси структуры на многослойных подложках и др.). В-третьих, в настоящее время

уш

волноведущих структур. При проектировании устройств СВЧ и КВЧ на основе

ра�