автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Разработка многодискретных аттенюаторов СВЧ

и ; |

На правах рукописи

СФИЕВА ДИАНА КАСУМОВНА РАЗРАБОТКА МНОГОДйа<РЕТНЫХ АТТЕНЮАТОРОВ СВЧ

Специальность 05.12.07 - Алтегаш и СВЧ - устройства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени хсандвдата гехтмешсс наук •

Москва - 1997

Работа выполнена . в Акционерном обществе научно-исследовательском институте "Сапфир" (г. Махачкала) Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор В.И.Гвоздев • ; Научный консультант: доктор техничсеких наук,

. . профессор А.Р.Тагилаев

■ <

' Официальные оппоненты:- - ,

1. Доктор технических наук, >И.П. Бушмииский '

профессор:.■

2. Кандидат технических наук„ , A.C. Петров

■ ' ..' доцент ■ -■■■..• ■. .

Ведущее предприятие указано в решении диссертационного совета.

Защита состоится "10 "фавриля 1993 г. в 14°^ часов на заседании диссертационного совета К 063.68.04 в К<осковском государственном институте электроники и математики по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительекий пер.,д. 3/12, MTHSM,

С диссертацией можно: ознакомиться в библиотеке МГИЗМ: УЧЕНЬЯ СЕКРЕТАРЬ

ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА; . , 0. .

кандидат технических наук H.H. Грачев '

■ - з -

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и цель диссертации. Широкое применение ыногодискретше аттенюаторы (МДА) нашли в контрольно-поверочной • аппаратуре (стендовых испытательных установок) для проверки бордового и насемного оборудования различных систем. С помощью ВДА должны обеспечивать изменение уровня сигналов на БЧ выходе в диапазоне -(40-130) дБ;Вт с дискретом 1 дБ и погрешностью не более +-2 дБ в полосе рабочих частот.

Одним из основных параметров, характеризующим МДА, является

• ■ »

максимальное, ослабление, требуемое значение которого в ряде случаев достигает не менее 90 дБ. Однако высшие типы волн, возникающие на неоднородностях, в частности, в месте 'включения диодов, поглощающих элементов и переиэлученш влияют на величину вносимого ослабления. Такое паразитное влияние увеличивается с ростом частоты.

Совершенствование различных оистем радиотехники и разработка новых поколений систем обработки информации определяют необходимость создания новых ВДА о улучшенными электрическими и другими характеристиками. ■ ■' '

На сегодняшшй день можно выделить два подхода к проектированию БЧ устрййств. Первый подход основан на плоскостных (планар-ких) интегральных схем (ИС) , а второй подход - на использовании комбинаций различных подосково-щелевых линий передач (ЛП) (симметричная и несимметричная целевые (СЩЛ.ЩД) . несимметричная полос-коьза (НПЛ).копланарная (КЛ) и других ЛП) в одном базовом элементе (БЭ) или функциональном увле (.ФУ), т.е. использование и вертикальной интеграции- трехмерной топологий! (переход к объемным ИС (ОИС) БЧ). Второй подход позволяет суш.ёственно увеличить число схеш&х решений устройств и вариантових конструктивной реализации.

Все сказанное позволяет считать актуадьной настоящею диссер-.'.

. тзциоккую работу , целью которой является развитие основ построения, конструктивной реализации трехмерной.топологии и моделирования' многодискретных аттенюаторов СВЧ и их базовых элементов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) разработка и исследование аттенюаторов и их базовых элементов с трехмерной топологией; •':.-..■ :

2) создание общих алгоритмов расчета и анализа, аттенюаторов■ СВЧ , реализованных на принципах плоскостных ИС и ОИС ;

3) рассштрениепринципов построения■многодискретных аттекю-: аторов ; ,.'•

4) рассмотрение вопросов построения САПР аттенюаторов СЕЧ;

5) изготовление макетов, образцов.многодискретных аттенюаторов и их базовых элементов и внедрение результатов работы в различные устройства радиоэлектронной аппаратуры.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в развитии основ построения и конструктивной реализации аттешоаторов различных типов и их базовых элементов (фиксированных аттенюаторов, цепей питания) на наиболее удобной и подходящей (оптимальной) линии передачи и их комбинации. Разработаны общие алгоритмы' расчета и анализа фиксированных аттенюзторов, аттенюаторов с переключаемыми каналами и каскадными поглощающими ячейками и пакет прикладных программ для САПР аттенюаторов СВЧ. Рассмотрены принципы построения многодискретных аттенюаторов с улучшенным!? электрическими характеристиками и уменьшенными габаритными размерами с применением трехмерной топологии.. :

Обоснованность и достоверность научных положений ,выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:

- использованием методов теории цепей, матричной алгебры, методов машинного проектирования, аналитических и экспериментальных. методов исследования частотных, характеристик аттенюзторов и

их базовых элементов;

- адекватностью разработанных математических моделей изучаемым физическим процессам;

- подтверждением ряда полученных в работе результатов теоретического анализа результатами экспериментов, известных из литературы и проведенных в .данной работе;

- подтверждением ряда результатов работами других авторов;

- использованием полученных результатов другими авторами.

Практическая ценность. На основе рассмотренных принципов

.построения аттенюаторов и их БЭ разработан ряд новых конструкций. Разработанные алгоритмы расчета и анализа и пакет прикладных программ для САПР аттенюаторв СВЧ позволит повысить эффективность их поектирования. На оонове результатов теоретических и экспериментальных исследований базовых элементов и аттенюаторов различных типов даются практические рекомендации ло их проектированию с целью улучшения электрических характеристик в полосе частот. На базе новых структур аттешоаторов разработаны многофункциональные узлы с применением элементов цифровой техники.

Результаты диссертации использованы при разработке САПР управляющих устройств СВЧ и внедрены в опытно-конструкторские работы "Имитатор ДМЕ" и "Имитатор АРП", проводимые в АО НЩ "Сапфир".

На защиту выносятся следующие основные положения.

■ Принципы реализации аттенюаторов и их базовых ' элементов (фиксированных аттенюаторов, цепей питания) на наиболее удобной и подходящей (оптимальной) линии передачи и их комбинации.

Общие алгоритмы расчета и анализа фиксированных аттенюаторов аттенюаторов с переключаемыми каналами и каскадными ' поглощающими ячейками и пакет прикладных программ для САПР аттенюаторов СВЧ.

Принципы построения многодискретных аттенюаторов с улучшен-кыш электрическими характеристиками и уменьшенными габаритными

.'размерами с применением трехмерной топологии

Результаты разработок фиксированных, плавных, дискретных и многодискретных аттенюаторов.

Апробация работы. Основные положения и результаты обсуждались на итоговых семинарах АО НИИ "Сапфир" и научна-технических iконференциях Дагестанского государственного технического универ-■ ситета 1994-1996гг.

Публикации: Положения и результаты диссертации отражены в 8 публикациях .

Структура диссертации.. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения у литературы и приложения. Объем работы 175 страниц, 56 страниц иллюстрзций.. В списке литературы 101 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во'введении обоснована актуальность, темы, сформулированы цель работы и задачи исследования,' описана структура диссертации и перечислены основные положения, выносимые на защиту..

. • В первой главе проведен анализ современного состояния проектирования полосковых аттенюаторов (AT) и их базовых элементов на '' основе плоскостных ИС и-ОИС. Рассмотрены' вопросы проектирования - AT различны?: типов и выявлены нерешенные проблемы их моделировав ния, построения и.реализации .Анализ общего состояния проектирования AT показал, что недостаточно исследованы основы реализации аттенюаторов и их базовых.элементов с трехмерной тополог

Первая глава завершается: формулировкой основных, задач дне*5' сертационной работы. -

Во второй главе "БАЗОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ -МНОГОДИСКРЕТНЫК АТТЕКОАТОРОВ" рассмотрен подход.использования переходов между лшгами 'передачи при реализации фиксированных аттенюаторов/. (ФА> , а котсрих

осуществляется две функции : передача электромагнитной волны от одной ЛП к другой и ослабление уровня СВЧ сигнала. В области перехода обеспечиваются короткое замыкание и разрыв токонесущих проводников о однополярными и раанополярными потенциалами соответственно. На общей эквивалентной схеме перехода между двумя ЛП. короткое замыкание отображается последовательным сопротивлением 2, а разрыв - параллельной проводимостью У. При подключении последовательно ' сопротивлению Ъ активного сопротивления Ъ\> параллельно проводимости У активной проводимости У1 и после проводи.' мости последовательно активного сопротивления Ъ\ во выходную ЛП -получаем Тгобразную схему ФА в области перехода . Если еще активную проводимость У1 ФА подключить параллельно, до последовательного сопротивления 21 во входную ЛП и исключить активное сопротивление Ъ\ иа выходной ЛП, получаем П-образную схему .

Рассмотрены схемные решения ФА, выполненных на основе двух каскздно включенных переходов .

> Бриведены топологии ФА на комбинации ЛП,: реализованные на основе рассмотренных схем. Первые две топологии поотроены на ос-• кове двух каскадно соединенных переводов, выполненных на комбина-, цпи НЕЙ' и сад., В обеих топологиях схема ФА Т-образная. В третьей топологии подводящие ЛП являются СЩЛ, а ФА представляет П-образ-ная схема. Остальные топологии построены на сочетании НПЛ и КЛ, СЩЛ и КЛ. Наиболее широкополосными являются ФА, реализованные на сочетании КЛ и НПЛ . ;В этих структурах широкополооность достигается за счет гальванического обеспечения короткого замыкания то-крнесуицк проводников с однополярными потенциалами.

Приведены три базовые структуры трёхмерйоп топологии на основе кл и КГШ . Зти структуры имеют.-основную диэлектрическую -подложку вертикальные подложки. * .

Первая базовая структурз выполнена на основе НПЛ. .На основ-.

ной диэлектрической подложке в местах установки вертикальных подложек устанавливаются гальванические перемычки с обратной стороны для выравнивания потенциалов слоев метализации (экранов) НГШ основной и вертикальны;; подложек. Вертикальные подложки устаназли-.. ваются без зазора между ними (плотно).

Вторая структура выполнена. на сочетании двух типов линий : КЛ и НПЛ. На основной диэлектрической подложке реализована КЛ, а на вертикальных - НПЛ. В такой структуре отсутствуют гальванические перемычки в толщине основной подоложки, что является преимуществом по сравнению с первой структурой. Как в первой структуре вертикальные подложки устанавливаются без зазора между ними -. '

Третья структура выполнена на основе КЛ. Вертикальные подложки может быть установлены о зазором между ними или без зазора. Данная структура удобна при сборке и монтаже навесной элементной базы по сравнении с предыдущими структурами. Приведены результаты экспериментальных исследований, анализ которых показал,что вторая структура б.олее технологичная и широкополосная , чем другие структуры. Полосу рабочих частот можно еще расширить, если в качестве вертикальных подложек использовать тонкие подложки", (пластинки) (менее 0,6 мм).

■

Приведены три топологии дискретных аттенюаторов (ДА) па переключаемых каналах с трехмерной топологией. Пергые■две конструкции реализованы на основе второй базовой структуры , з третья -на основе третьей структуры. В первой топологии в качестве ФА ис-полъгована структура , выполненная на комбинации НПЛ и С2Ц1 . Такой подход позволяет уменьшить габаритные размеры вертикальных подложек и" в целом всего устройства из-за выполнения в области .перехода двух задач: передача электромагнитной волны иа одного слоя на "другой и ослабление уровня СВЧ сигнала. В последних двух топо логиях овязь: между сдоями вертикальных подложек достигается галь-.

■ д -

ваническц. Приведены результаты эспериыентальных исследований ДА .

Наиболее практичными из схем АТ с каскадно включенными поглощающими ■ ячейками являются параллельная и последовательная схемы. Приведены тойологии аттенюаторов о тремя поглощающими ячейками на различи» ЛП. ' '

Рассмотрены вопросы реализации АТ с5 каскадно включенными поглощающими ячейками с трехмерной топологией: последовательная охема реализована на основе второй базовой структуре ; параллельная - на третьей базовой структуре . Исследован макет первой топологии с тремя поглощающими ячейками. Анализ результатов исследований АТ о пленарной топологией и о трехмерной топологией показал, что электрические характеристики обоих вариантой построения АТ совпадают,но при втором варианте габаритный размер по длине уменьшается в 10 раз.

Рассмотрены вопросы уменьшения габаритных размеров АТ, пост. роенных на основе синфазного ипротивофазного Т-соединений, с применением трехмерной топологии. Приведены топологии малогабаритных плавных АТ . .

Предложены топблогиц цепей питания для различных полосковы? ЛП. В первых трех топологиях используются отрезки СЩ, обеспечивающие разрыв тока управления от слоя металлизации, шеющэгс свяэй о корпусом. В местах разрыва слоя мэтализации основной линии тракта короткое замыкание по СВЧ сигналу достигается с помощью бекорпусных конденсаторов.

С целью расширений полооы рабочих частот с наименьшим'влия-нием цепи питания на ВЧ тракт и уменьшения габаритных размеро: ■рекомендуется топология, реализованная на СШД и КЛ. При тако: способе построения цепи питааш-.управление подается на виутренни " участок слоя металлизации прямоугольника (или кольца) СЩЛ ,' вхо • дядой вв структуру-ВЧ тракта; и;отпадает*необходимость реализации

- ю -

■опологии цели.питания отдельными элементами как в.предыдущих то-юлогиях. Этот вариант реализации цепи питания представляет боль-юй интерес из-за сверхширокой полосы частот, обусловленной экс-юненциальнш затуханием поля в СЯД в поперечном направлении . [риведены результаты экспериментальных исследований.

В третьей главе "МОДЕЛИРОВАНИЕ '- АТТЕНЮАТОРОВ И ИХ "БАЗОВЫХ ШЕМЕНТОВ" приведен алгоритм расчета параметров и частотных хч-1актеристик ФА, который основан на декомпозиции топологии на отельные белее простые ВЭ. ' На основе этого алгоритма разработаны [рограымы ГАТ1...РАТ4 на языке ФОРТРАН-77,позволяющие рассчитать электрические характеристики различных топологий ФА, рассмотрен-их в первой главе. Приведены результаты исследований частотных ;арактеристик некоторых ФА. Эквивалентные схемы этих структур «ставлены на основе промежуточного подхода к моделированию СВЧ отройств ( о учетом неоднородностей и дисперсии ). В 'диссертации риводится текст программы РАИ для расчета частотных характерис-ик ФА, топология которого построена на комбинации НПЛ и СЩЛ.

Приведена общая структурная схема ДА . В целом ДА представши в виде двух шестиполюсников А и В, выходные плечи которых со-динены между собой . Соединение А (В) представляет собой шести-олюсник, образовавшийся от соединения иестиполюсника "2 (5) и рех четырехполюсников 1(6), 3*(3") ,4'(4") . Четырехполюсник 1 6) включает элементы ЛП входного (выходного) плеча ДА. Отрезки П , а также диоды и элементы неоднороднеюти'в области соединения сех плеч, относящееся к ЛП каналов ДА, отображаются четырехпо-юсниками З'(3") и 4'(4"). Приведены выражения элементов матрицы ассеяния структурной схемы ДА.

Рассмотрена схема рекомпозиционного алгоритма расчета харак-еристик любых ДА на переключаемых канала*. Необходимо откатить, то рассмотренный алгоритм является универсальным,-поскаль¡с/ поз-

воляэт рассчитывать и оптимизировать'ДА , реализованный на любой ЛП и на i-sx комбинации, и составляет основу их САПР.

На основе предложенного алгоритма составлены программы DAT1...DAT6 расчета частотных характеристик (прямые потери Ln, коэф^ициены отоячей волны по напражению Ксти в различных состоя- * ниях, вносимое ослабление La, разность фаз при изменении вносимого ослабления Д<р и т.д.) ДА построенных на базе НПЛ, ОДЛ, КЛ и их комбинации, и геометрических размеров топологии. Эти программы, написанные на языке Фортран-77, вошли общий пакет прикладных программ, обеспечивающий решение широкого круга задач, »связанных с проектированием управляющих устройств и их БЭ , построенных на плоскостных и объемных ИС СВЧ • '...-'

Приведены результаты расчета частотных характеристик двух ДА на основе разработанного алгоритма. Дзется текст программы DAT1 для расчета AT,топология которого построена на комбинации НШ1 и КЛ.

Рассмотрены основные положения построения последовательной и параллельной схем AT с каскадно включенными поглоарощими ячейками на базе П- и Т-образных схем. На основе этих положении из П-об-разной схемы .получается 'параллельная схема аттенюатора, а из Т~образной.схемы - последовательная схема. Приведены примеры таких преобразований с различным количеством поглощающих ячеек.

Максимальное вносимое ослабление параллельной схемы с тремя ячей^зми, определяемое пряшм. сопротивлением;.'гпр открытого p-i-n-диода, равно:

W «= 20)£ri2e/rne+((2B/rnp)2+l)0'5>.. (1) ;

где .'¿в':-' волновое сопротивление/'линии передачи.

С целью увеличения 1_илх необходимо-использовать, диоды с малым значением прямого; сопротивления гпр iuih подключить, параллельно :.'*ва и более; диодов'а-..качестве» второй ячейки схемы.

Максимальное вносимое • ослаблений' '.-последоватбльной схемы, с •

тремя ячейками , определяемое емкостью диода С »равно:

L,<ax=20l£{ (wCZB)-1 + ( (wCZB ) "2+1 j 5 >. (2)

С целью увеличения максимального ослабления в последовательной схеме AT необходимо использовать p-i-п-диоды о малым значением емкости , например диод 2А553 (СХ0.02 пФ).

В общем случае AT с.каскад но включенными поглощающими - ячейками представляет собой лестничную схему с чередованием параллельных и последовательных импедансов Zn (п<=.1,2,3,...N) . Используя сумматорные уравнения цепочки призвольных четырехполюсников, получены рекуррентные соотношения для элементов матрицы рассеяния такой схемы AT.

Составлена программы PATI, . .РАТб для расчета и анализа AT рассмотренных схем на базе НПЛ, . ЩЛ, КЛ и их комбинации .Приведены частотные характеристики параллельной схемы AT с тремя ячейками, реализованной на СЩЛ, при различных токах, протекающих через диоды. .

Приведены результаты расчета последовательной охемы AT с тремя ячейками, реализованной на НПЛ, при различных токах, протекающих через диоды,, и разных значениях параметров схемы диода.

Анализ частотных характеристик последовательной схемы на НПЛ с различным количеством ячеек показал, что AT с 4-мя ячейками при расстоянии \/А между вторым и третьим ячейками является более широкополосным. AT с 5-ю ячейками имеет, максимальное ослабление почти в два раза больше, чем схемы с 3-мя и 4-мя ячейками.

Структура плавных аттенюаторов ,' образованных соединением выходных плеч синфазного и противофазного Т-соединений описывается общей.эквивалентной схемой,- представляющей параллельно-последовательное соединение двух Четырехполгсш1к6в, каждый'иэ которых состоит ив отрезка ЛП длиной Х/4 непараллельной нормированной проводимости диода - YÏ(2) • При равенстве вблновых.сопротивлений

X/i-ctrpc-SKDB и подводящих' ЛП. (бев учета потерь в ЛП) элементы МР схе;.<ы нз'центральной частоте рзСочей полосы имеют вид 'Sii=-522=i:BiB2-4RJiRi2+4XiK2-34(XiRia+X2Ri1)3/A( Si2«S.2i-C2(XiB2-X2Bl)+j2(Ri2Bi-RiiB2)]/A, (3)

■где. .;')•-' i * ' • ;■' -'. '.■''■•''. ' ' ■ ' •

"iA«4RiiRi2-4Xi*2+2Ri2Bl+2RiiB2+BlB2+j(4RiiX2+4XiRi2+2X2Bi+2XiB2); yXi(2)» <J)Ul(2)-b)01'i(2)(Rii(2))2+h>3(Cii(2))2(Ril(2))2Lsi(2); ••4 Bt (2)-1 + (wCil(2>Ril<a) )2i' U'l <2) - '-индуктивность .выводов ; ■Оц (2) - емкость i-слоя; Rura) - сопротивление i-сдоя p-i-п-диода.

. Для оценки.■'потенциальных возможностей таких- AI;предположим, что реактивными, элементами диодов можно пренебречь (LB=Ci=Ö).тогда Sii=-S22=(l-4RiiRi2)/(4R1iRi2+2R1i+?Ri2+t), . ; Si2-i321-32(Ri2-Ril)/(4RiiR12+2R1l+2Ri2+l)'. ' (4)

йэ.выражений- (4) видно» что условие согласования AT имеет вид: Rxl * 0,25/Ri2 . (5)

■ На основе алгоритма расчета ДА на переключаемых каналах 'составлена программа для расчета частотных характеристик структуры, реализованной на синфазном и противофазном Т-соединениях на ком-бшации КЛ и СЩЛ- Приведены результаты расчета характеристик этой структуры при различных токах, протекающих через диоды.

На практике интерес к СПЩ представляет при реализации цепей питания ; ^ Расстояние подключения внешнего, провода , по которому подается'управляеыый ситная, от щели СЩЛ выбирается по крайней мере в- несколько раз превышающем ширины щели ( более 20-40 раз). .При"этом большой, интерес имеет отношение напряжения V(г) по по-лукругрвой траектории., при постоянном радиусе г к поперечному нал-ряжению V, щели. Выражение, определяющее затухание поля в поперечном направлении к щели,- имеет -вид . • -.:• '

U20lg{|(«kcr/2) | Ji(kcr)+jNt(kcr) | |>"..' :'' / . (6) TAef Ji(kcr)" - функция Бесселя ^первого . рода первого порядка; .

N1(ксг) - функция Неймана (функция Бесселя аторого рода второго , порядка); кс=з (2кД) (еэ«г 1)5; а3® - эффективная-:диэлектрическая проницаемость СЩЛ; X - длина волны в свободнее ■пространстве. ' •■ ,' Приведены результаты расчета и эксперимента затухания поля I. в зависимости от расстояния г „ ' .-'■,".■'

Исследованы влияния на ВЧ траст целей йитания на КИЛ.о дзуга однородными шлейфами ( волновое сопротивление'шлейфа равно волно-'.-вому сопротивлению линии тракта) и двумя . ¡фугоьыми шлейфйАш' . ■

Приведена структурная схема САПР АТ . Фонд прикладного, программного обеспечения включает 23 программ расчета и аналигз широкого класса АТ и их БЭ'(ОА и цепи питана). Данные программы сос-', тавлены нз основе разработанных алгоритмов, и являются специализированным!^ т.е. с помощью одной проектируется одно устройство. Б таких программах упрощается ввод исходных данных и соединение Г;Э1 отражены внутри ездой программы. . ,,-..

В четвертой главе "РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ».ОЮГОДИСКРЕТЖК АТТЕНЮАТОРОВ СВЧ" приведены общая структурная скеыа МДА с фермиг рованием нужных значений'ослаблений'сигнала на промежуточной частоте (ПЧ) и последующим перекосом на Солее высокую частоту (ЕЧ) Чрис.1) и спектр, колебаний: на' вауоде КЙА (рис. 2). Основным требованием к смесителю (СМ) является линейность ДЧХ в широкой полосе частот, а к полосовому фильтру (ГЮ) - подавления.сигнала гетеродина СМ и вкеполосных частот не меньше величины максимального ос- ,

» 1

лзбления МДА (1оида)иах. При теиом построении ВДА данное требование к ПФ практшески трудно выполнить, ' что является основным не— - достатком данной схемы. ( '

Для снижения требований к ПФ предлагается разделить аттенюатор на две части: МДА'ПЧ и ВЧ (рис.3). При этом ПФ, включенный на выходе смесителя ■ СМ,'.• уже должен обеспечить ослабление гетеродин-, яой частоты на величину макс ¡гиаль кого Ослабления МДА на промеж?-''

вх

1ПЧ

-НМДА ПЧ }—> >

I-1 1

>\ I» —: I-

ВЫХОД

Рио.1 . Структурная охеыа шогодиокертного аттенюатора : ЦЦА ПЧ - многодиокретныи аттешаатор промежуточной чаототы I СМ г смеситель; полосовой фильтр

т 16-2Р мВт

мВхг

,(Ьолч)мам (Ь-оач)ыах

Рио.2 . Спектр нодебавяб мюгодиокретяого аттенюатора

ВЫХОД

>- У -> ИДА ВЧ —>

ВХ

-7

вх

—Н па ННН5А ш Н » И ® М у "ННЗД* вч

^пч

Управл.

. | ДС выход нч<-• е

О

но

выход ->

Рио. 3 . Структурные схемы шюгодкскертных аттенюаторов : ВЧ - многодяокретный аттенюаЛр высокой чаототы; усилитель ^ ПА - плавный аттенюатор; НО - направленный ответвитела; ДС - детекторная секция

точной частоте (ЬЭпф>(Ьопч)мах). что меньше (ЬОМда)м&х • Дополнительное ослабление (Ьоач)мач = (Ьомда)мах ' (Ь0пч)мах обеспечивается второй частью атеннюатора уже на несущей частоте. Данное требование может быть снижено с учетом избирательности усилителя, включенного после ПФ для компенсации потерь в СМ, ПФ и направлен^ ном ответвителе . Усилитель Должен быть линейным в основном до 20 мВт и с динамическим диапазоном не менее' (Ьопч)мах-

Разделение аттенюатора на две части ХЩА'ПЧ и ЩА ВЧ позволяет снизить требование к ПФ , диншический диапазон сигнала на входе усилителя и улучшить электромагнитную совместимость узлов аттенюатора в целом.

С целью улуупения точностных характеристик ВДА на входе включают плавный аттенюатор (ПА) (рис.3,6), о помощью которого формируются ослабления до 1-0 (1-о- вносшлое ослабление одной секцией ДА) с дискретом 1 дБ или еще меньше / При ослаблении дБ и ■ более включается соответствующее количество секций ДА 'о фиксированным значением ослабления и вводится необходимое ослабление ПА. Кроме того, ПА участвует в стабилизации опорного уровня на выходе аттенюатора и в корректировке погрешности вносимых ослаблений секциями ДА 1-0 дБ. Управление аттенюатором осуществляется аппаратно-программными средствами с учетом результатов его проверки в режиме самоконтроля. Для контроля параметров аттенюатора используется сигнал с выхода детекторной секции (ДС), Сигнал с выхода ДС используется также для стабилизации опорного уровня на выходе МДА и контроля его параметров

Приведена схема МДА в сочетании с микропроцессором. ' Усилен-

■ ■

ный НЧ с;!гкзл после ДС поступает на аналсгоцкфровсй пресбраговз-тель. Мик.роэлектронная вычислительная, малина или упрвглял-'

щая оВМ считывает с его выхода цифровые коды состветствукци'« аыл-литудзм СВЧ сигнала при переключении отдельно каждого дискрет^го

аттенюатора и ^ внесении .ослабления? плавным аттенюатором. .МЭ8М сравнивает фактическое "значение ашлитуд с требуемым и вносит соответствующе коррекции в «еды:управления Ц1#роаналоговым преобразователем .... В результате обеспечивается автоматическое регули- ; роваппе ..' переклшений ДА; н, напряжений управляющих ■ ослаблением ПА. Одновременно с обеспечением требуемых ослаблений, сопоставляя изменение/- . амплитуды, сигнала.. с выхода ДО. о. изменением управляющих кодов, КЗЗЕМ обеспечивает контроль1 всех входящих устройств МДА, . участвующих, йри шяодйенвдг основного, требования по ослаблениям. . .: ' Рассмотрены вопросы стабилизации мощности выходного' сигнала, 'калибровки"и;контроля ВДА. Приведены структурные схемы устройств / . стабилизации швргаозж- ж. кклибровк». .(и-.'коктрешя) параметров ЭДА.

: Разработан малогабаритный многодискретный аттенюатор на основе базовой.структуры с' трехмерной топологией. Конструкция тако-• го аттенюатора с.шестью вертикальными платах«! показана на рис.4. Вертикальные платы собраны вплотную по две. На одной стороне каж-.дрй вертикальной платы выполнена однз.секция дискретного АТ, реализованная на НПЛ. ■ На горизонтальной плате выполнена КЛ, центт . ралькый проводник которой, в меотах установки вертикальных плат им-эвт разрывы (см.ркс.4,в). Был изготовлен и аспериментально .исследован макет0такого аттенюатора и приведены.его частотные хара-теристики';." ./.',. ' ■ ■.■''.'■■':.■

На основе рассмотренных принципов построения . и технических решений АТ разработаны многодискретные аттенюаторы разных диапазонов-частот, входящих в состав ВУ тракта различных имитаторов радиотехнических- систем. ("Имитатор ДМЕ" и "Имитатор АРП")'.. Приведены структурные схемы этих аттенюатрров 41"результаты• экспериментальных. исследований . . : /-■.¿В -приложений приведен ;,акт,/внедрения.результатов диссертации.

• -iS-

(ffl/fn

ífn

J

a

u

CO

a. '

&

Рис. Ч. Конструкция трехмерного многодискретиого аттенюатора

' ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ , * 1. Рассмотрены принципы ш^ютраения фиксированных аттенюато- . ров в области перехода между разнотипными линиями передачи. Приведены схемные решения и топологии Т- и П-обраэных аттенюаторов на базе переходов между НПЛ, СЩЛ и КЛ.

Рассмотренный общий алгоритм расчета параметров и частотных характеристик фиксированных аттенюаторов на комбинации полосковых линий передач основан на Декомпозиции фиксированных аттенюаторов на отдельные более проотые базовые элементы. Основным критерием при выделении базовых элементов является возможность расчета характеристик каждого элемента с достаточной для преследуемых целей точностью..

2. Результаты1 исследовании фазовых структур с трехмерной топологией показали , что они составляют основу построения аттенюаторов и других СВЧ уотройотв о трехмерной топологией. Разработанные дискретные аттенюаторы о трехмерной топологией имеют малогабаритные размеры по сравнению со структурами, построенными на основе пленарного принципа и принципах ШС с горизонтальным расположением подложек (слоев) ^

Создан общий алгоритм раочета дискретных аттенюаторов на переключаемых каналах, /реализованных на любой линии передачи и их комбинации.

3. Рассмотрены основные положения реализации аттенюаторов с . каскадно включенными поглощающими ячейками на основе полосковых линий передач г НПЛ, КЛ, СЩЛ и НЩЛ. Предложены конструкции с трех-* мерной топологией аттениаторов последовательной и параллельной схем.

Разработана, единая методика расчета и анализа аттенюаторов с каскадно включенными поглощающими ячейками. Получены приближенные формулы для оценки 'максимального ослабления аттенюаторов парал-

лельнои и последовательной схем •■■■■■

, Разработана методика расчета характеристик плавного аттенюатора , построенных на базе структур о синфазным и противофазным Т-соединениями . Результаты исследований показали, что на базе

*

этих структур можно реализовать согласованные плавные аттенюаторы в диапазоне вносимых ослаблений с двумя р-1-п-диодами.

Проведенные акпериментально-теоретические исследования убедительно доказывают целесообразность иоподьзовайия принципа трехмер-

V- •

ной топологии ОИС при проектировании дискретных и плавных аттенюаторов о малогабаритными размерами.

4. Рассмотрен ряд топологий пнфокополосных цепей питания на базе различных лклнй передач , который позволит решить проблемы построения широкополосных аттенюаторов' и других управляющих устройств СВЧ. Даются рекомендации по применении предложенных структур при проектировании СВЧ управляющих устройств.

Приведено выражение для расчета затухания поля в'зависимости от расстояния подключения внешнего провода от щели. Результаты теоретических исследовании этого выражения показали, что топологии цепей питания, предназначенных для подачи управляющего сигнала на диод, подключенного в ЩИ, обеспечивают ншяленьшее влияние на ВЧ тракт в широкой полосе частот.

Исследованы влияния на ВЧ тракт цепей питания на НПЛ о двумя однородными шлейфами { волновое сопротивление шлейфа равно волновому сопротивлению линии тракта) и двумя круговыми шлейфами . Второй вариант обладает широкой полосой частот с наименьшим влиянием на ВЧ тракт.

5. Рассмотрены основные принципы построения программного обеспечения САПР аттенюаторов СВЧ. Основные программы ППГГ ставлены на основе разработанных алгоритмов, в данной работе, ' С помощью ППП можно провести' ке только расчет » анализ \ агтенюагорог

различных типов и: их ;базовых элементов, .но й параметрическую оп- ' тимизацш о целью расширения полосы рабочих.частот. '

8. Рассмотрены принципы построение СВЧ многодискретных аттенюаторов , на основе которых .предложены различные схемные решения'.

Разработан малогабаритный многодискретный аттенюатор с трехмерной :конструкцией, состоящий-из шести вертикальных и одной горизонтальной плат, Такой многодискретный аттенюатор:по сравнению о аттенюаторами, построенными на основе плоскостной технологии, имеет габаритные размеры в 5 и более, раз меньше. .

■ Разработанный ряд многодискретных аттенюаторов , работающих на различных диапазонах частот с точностными характеристиками по установке внооимых оалаблений, позволил решить-ряд проблем при построении имитаторов радиотехнических систем.

Основные результаты диссертации опубликованы, в следующих работах.

1. Зеленин И.Л., Сфиева Д.К., Алиев С.Н. Основные принципы построения САПР управляющих устроиотв. СВЧ.' Сб.научных трудов "Вопросу проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов"* Изд. ДагестанскогоГТУ, 1996, стр.143-146.

2. Асланов Г,К., Гамматаев Г. Л.у Сфиева Д.К.Анали? вариантов построения имитатора летных испытаний. / Сб.научных трудов "Вопросы

и

проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов", Изд. Дагестанского ГТУ, 1996, стр.19-23.

3.' Сфиева Д.К. , Тагилаев А. Р. Моделирование фиксированных аттенюаторов на комбинации полооковых линий передачи Сб.научных трудов "Еопросы проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов"; Изд. Дагестанского ГТУ, 1996,стр. 81-83. .

4. Сфиева Д.К. .Тагилаев" А.'Р'.Плавно-дискретный аттенюатор СВЧ. Сб.научных трудов "Вопросы проектирования и опыт разработки совре-

менных радиотехнических, систем и приборов", .Изд.Дагестанского ГТУ, 1996, стр.72-75. , '

5. Гвоздев . В. И. ..Сфиева Д. К. ,Тагилаев А.Р. Моделирование дискретных аттенюаторов.СВЧ . Журн.. ' Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, 1936, Т4, N1, стр.52-57.

; 8. Сфиева Д.К..Тагилаев А.Р. Принципы.построения многодискретных аттенюаторов СВЧ. ; Журн. Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, 1996, Т4, N1, стр.63-72.

7. Нефедов Е. И'., Сфиейа Д. К, Тагилаев А. Р. Трехмерные дискретные аттенюаторы СВЧ.Курн.Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, 1996,• Т4, N1, стр.63-67.

8. Офиевз Д.К,Тагилаев А.Р.

Цепи питания СВЧ улравлящих уст-

ройств. Журн.Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, 1996, Т4, N1, стр. 72-75.. '■"•■-.