автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Широкополосные управляемые СВЧ устройства высокого уровня мощности



На правах рукописи

Разннкин Владимир Павлович

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ СВЧ УСТРОЙСТВА ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ

Специальность 05,12.07 «Антенны, СВЧ устройства и их технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Новосибирск - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, доцент

Хрусталёв Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Вендик Ирина Борисовна;

доктор технических наук, ст. научный сотрудник Пальчун Юрий Анатольевич;

доктор технических наук, профессор Сычёв Александр Николаевич.

Ведущая организация: Томский государственный университет

Защита состоится « 24 » октября 2006 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.173.11 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, 92, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета, 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

Автореферат разослан « о/ » сентября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Райфельд М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. -Развитие современных систем радиолокации, радионавигации/ подвижной радиосвязи, глобальных телекоммуникаций, цифрового телевидения и радиовещания, а также, радиоизмерительных систем характеризуется интенсивным проведением теоретических.и экспериментальных исследований в области разработки полупроводниковых СВЧ устройств различного назначения, В общем случае, по выполняемой функции полупроводниковые устройства можно разделить на два больших класса:' 1) усилительные и генераторные; 2).устройства управления амплитудой и: фазой высокочастотных колебаний, или управляемые СВЧ устройства (УУ СВЧ), Необходимо отмстить, что на основе УУ СВЧ могут быть также реализованы устройства сдвига частоты за счёт применения, квадратурной, балансной модуляции или фазовращателей с линейной характеристикой управления. Особенно актуальным является использование УУ СВЧ ■ для получения цифровых видов'модуляции, Анализ технических параметров УУ СВЧ, достигнутых »га сегодняшний день, показывает, что основными тенденциями их развития являются: повышение мощности входного высокочастотного сигнала; улучшение качества согласования; расширение полосы рабочих, частот; увеличение динамического диапазона изменения, управляемых параметров; обеспечение требуемого уровня.подавления высших и комбинационных гармонических составляющих; применение цифровых методов для дискретного изменения управляемых параметров; повышение быстродействия; .уменьшение массогабаритных показателей и интегральная микроминиатюризация. В настоящее время в ведущих .европейских странах, США, в странах юго-восточной Азии и в Китае резко возрос объём исследований, практических разработок и публикаций,по проблеме построения УУ СВЧ высокого .уровня мощности,,В России также, проводятся.аналогичные исследования многими научно-исследовательскими институтами,, предприятиями, вузами и научно-производственными фирмами: Тем не менее, имеется острая потребность в управляемых устройствах, обеспечивающих совместную работу' приёмо-передающих трактов фазированных антенных решёток с большой мощностью излучения. Широкополосные УУ СВЧ. необходимы для построения измерительного оборудования,, используемого для настройки и проверки параметров радиовещательных и телевизионных, передатчиков. Управляемые устройства, востребованы операторами связи для реализации цифровых модуляторов.и компенсаторов нелинейных искажений в усилительных трактах дециметрового и сантиметрового диапазона, а также для подключения резервных блоков, Однако перечисленные выше потребности. сдерживаются .отсутствием управляемых устройств нового поколения, способных «работать в предельно широкой полосе частот на уровне входной мощности до (1+2) кВт в непрерывном режиме, .' . . . ..

Таким образом, создание УУ СВЧ высокого уровня мощности является актуальной проблемой и требует дальнейшего обобщения, и систематизации концептуальных принципов построения,. а также обуславливает необходимость разработки новых адекватных методов анализа и ■ синтеза управляемьк уст-

ройств различного вида, реализованных в базисе сосредоточенных и распределенных элементов

В данной работе обобщены научно-технические и патентные исследования, выполненные автором на протяжении ряда лет в Новосибирском государственном техническом университете по проблеме создания широкополосных управляемых СВЧ > стройсгн высокого уровня мощности.

Целыо работы является развитие теоретических основ и практики построения полупроводниковых управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности, широкополосные свойства которых близки к предельно достижимым.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач.

1 Обоснование и разработка обобщенной концепции построения мощных многоканальных УУ СВЧ на основе делителей мощности и управляемых секций, содержащих сосредоточенные и распределенные элементы в виде одномерных и двумерных линий передачи различного типа

2. Разработка спектральных методов анализа нелинейных явлений в УУ СВЧ, по«волягощих учитывать инерционные свойства и комплексную нелинейность управляющих элементов, работающих в режиме динамического смещения на повышенном уровне мощности входного высокочастотного сигнала.

3. Развитие теории фильтров применительно к построению симметричных цепей компенсации влияния межэлектродной емкости мощных управляющих элементов, обеспечивающих заданную трансформацию характеристического сопротивления и выполненных на основе каскадного соединения фильтровых структур различного вида с перекрывающимися областями полос пропускания.

4. Разработка критериев для оценки эффективности широкополосных свойств сосредоточенных и полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной емкости сосредоточенных управляющих элементов по отношению к предельно достижимой полосе частот при заданном уровне входной мощности

5. Разработка новых схемотехнических, конструктивных и технологических решений для построения мощных широкополосных управляемых секций с параллельным и последовательным включением управляющих элементов.

6. Разработка конструктивных и технологических решений для построения аттенюаторов, фазовращателей и управляемых делителей мощности сантиметрового диапазона, содержащих планарные резонаторы с высокой электрической прочностью.

7. Разработка принципов построения и новых схемных решений мощных широкополосных СВЧ коммутаторов инверсного типа с использованием фазированных компенсационных режекторных структур, обеспечивающих большую величину вносимого затухания в режиме выключения.

8. Разработка принципов построения УУ СВЧ повышенной мощности с цифровым управлением на основе параллельно-последовательного включения управляющих элементов с дискретным изменением управляемого параметра в большом динамическом диапазоне.

, Методы исследований. Решение перечисленных выше задач выполнено с применением:.теории матриц и ориентированных графов; теории функций комплексного переменного, включая преобразование Фурье и его свойства; теории дифференциальных уравнений в частных производных; теории рядов; дифференциального и интегрального исчисления; асимптотических методов определения значений функций ]и интегралов; методов оптимизации. Кроме,того, в работе используется- теория . цепей, теория, электромагнитного поля,, теория1 фильтров, метод декомпозиции,,метод синфазного и противофазного возбуждения, метод характеристических параметров,

Достоверность основных положений и; выводов подтверждена результатами .теоретических и экспериментальных • исследований,. а' также созданием. широкого, класса СВЧ аттенюаторов, переключателей и фазовращателей большой мощности, внедрённых в различные радиотехнические системы и комплексы, .

Научная'новизна,.

1, Предложена обобщённая концепция многоканального построения широкополосных управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности на основе базового двухканального модуля; содержащего делитель мощности, суммарно-разностное устройство,.' фазосдвигающие. четырёхполюсники и управляемые . секции с цепями компенсации влияния межэлектродной ёмкости и индуктивности выводов управляющих'полупроводниковых элементов сосредоточенного типа,. Концепция ориентирована' на. реализацию полосы частот, приближающуюся к предельно достижимой полосе частот, и , позволяет за счёт принципа вложения, декомпозиции и каскадного соединения нескольких управляемых секций описать все схемотехнические реализации У У СВЧ,.

2, Разработан спектральный метод анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях с инерционными р-1-п- структурами, основанный.на дифференциальных уравнениях непрерывности для двух взаимодействующих, переходов и позволяющий устранить квазистатические ограничения , зарядовой модели р-1-п- диода,

3, Разработан- быстродействующий метод спектрального! анализа для управляемых секций на основе применения функциональных рядов и законов теории цепей, позволивший впервые исследовать режим динамического'смещения, обусловленный проявлением детекторного эффекта в полупроводниковых управляющих элементах с комплексной нелинейностью при повышенном уровне высокочастотного сигнала,'

4, Предложен оригинальный векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых приборов • с различной формой электродов конечной толщины, учитывающий краевые эффекты, неравномерное распределения заряда на внутренних и внешних поверхностях электродов и их несимметричное расположение относительно друг друга,

5, Определена предельно достижимая полоса частот сосредоточенных и полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости

управляющих элементов, являющаяся критерием для оценки эффективности широкополосных свойств компенсирующих структур различного вида с заданным значением характеристического сопротивления в плоскости симметрии

6. Развита теория фильтров в виде: а) метода синтеза полураспределённых фильтровых цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости и индуктивности выводов управляющих элементов на основе сосредоточенного прототипа; б) итерационного метода синтеза корректирующих цепей для компенсации искажений амплитудно-частотных характеристик симметричных частотно-избирательных структур, обусловленных диссипативными потерями; в) метода синтеза соглаеующе-трансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной емкости и индуктивности выводов управляющих элементов, основанного на трансформации характеристического сопротивления сосредоточенных и полураспределенных фильгровых структур с перекрывающимися областями полос пропускания.

7. Сформулированы правила построения широкополосных УУ СВЧ высокого уровня мощности, выполненных на основе последовательного включения управляемых секций, в которых отдельные элементы подключаются параллельно друг другу для дискретного изменения управляемого параметра.

8 Синтезированы новые с хорошей физической реализуемостью элементов схемы широкополосных СВЧ коммутаторов, аттенюаторов и фазовращателей большой мощности, в том числе мостового и инверсного типа, широкополосные свойства которых близки к предельно достижимым.

Практическая значимость работы. На основе предложенной концепции разработаны, созданы и внедрены на ряде предприятий широкополосные аттенюаторы, многоканальные управляемые делители, коммутаторы и фазовращатели, работающие на уровне мощности до 1,2 кВт. Эффективность широкополосных свойств разработанных УУ СВЧ в соответствии с предложенными в работе критериями составляет (70- 80)%.

Повышение допустимой мощности входного высокочастотного сигнала и расширение полосы рабочих частот достигнуто за счёт нового подхода, заключающегося в создании управляемых секций на основе широкополосных сосредоточенных и полураспределенных структур с большим коэффициентом трансформации характеристического сопротивления, что обеспечило возможность параллельного включения нескольких мощных управляющих элементов.

Разработаны и экспериментально исследованы новые конструкции широкополосных СВЧ атгенюаторов, переключателей, управляемых делителей мощности и фазовращателей для диапазона частот 0,02-И 2 ГГц, выполненных на основе сосредоточенных элементов, полосковых и щелевых линий передачи, в которые включены управляющие элементы и планарные резонаторы с распределенной связью. Предложенные схемотехнические и конструктивные решения органично вписываются в технологию гибридных и многослойных плёночных интегральных микросхем

Наряду с повышением уровня входной мощности практическая значимость работы заключается также в комплексном улучшении технических характеристик вновь созданных УУ СВЧ. Разработанные устройства управления амплиту-

дой и фазой высокочастотных колебаний отличаются: 1) повышенной допустимой мощностью входного сигнала за счёт комбинированного использования управляющих элементов и дополнительных плёночных резисторов; 2) многофункциональными возможностями, то есть реализацией на основе одной конструкции трёх устройств - аттенюатора,, выключателя и фазового манипулятора; 3) уменьшенными'в 2+3 раза массогабаритными показателями; 4) высокой технологичностью СВЧ блоков и схем управления, достигнутой за счёт обеспечения режима качественного? согласования; при' произвольных, но одинаковых токах или напряжениях, подводимых, к управляющим элементам; 5) высокой точностью дискретного изменения .управляемого параметра.в широкополосных аттенюаторах (0,2 дБ) и фазовращателях (5Р),< предназначенных для СВЧ систем с цифровым управлением.

Создано программное обеспечение для расчёта спектра1 выходного сигнала мощных УУ СВЧ, содержащих нелинейные инерционные управляющие элементы и элементы с комплексным характером нелинейности,'

Новизна технических решений подтверждается отечественными патентами и авторскими свидетельствами на изобретения, а также актами внедрения на ряде ФГУП России и предприятий со смешанной формой собственности, производящих радиотехническую, радиовещательную и передающую телевизионную аппаратуру;

Реализация, результатов работы. Под руководством и' при • непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки. .

1. Широкополосные аттенюаторы, управляемые.делители и переключатели, повышенной мощности сантиметрового диапазона (НИИ автоматических систем, г. Москва, участие в хоздоговорных работах по разработке и созданию УУ СВЧ, 1983-1990 г.),

2. Коммутатор СВЧ сигналов большой мощности (ОАО «Институт прикладной физики»; г. Новосибирск), ......

3, СВЧ коммутаторы высокого уровня мощности,,многоканальные СВЧ измерительные аттенюаторы (ООО «НЛП Триада-ТВ», г. Новосибирск),,

4, Шестиканальные измерительные аттенюаторы на уровень входной мощности 30Вт (ЗАО «МИКРОТЕК», г. Новосибирск)..

• 5, Многоканальный СВЧ аттенюатор дециметрового диапазона на уровень входной мощности 1,2' кВт (государственное унитарное предприятие «ПРОМ-СВЯЗЬ», г.Алматы).' ,

6. Ступенчатый СВЧ аттенюатор метрового диапазона на уровень входной мощности<1 кВт (ОАО «Мощная аппаратура радиовещания и телевидения», г, Санкт-Петербург), ■• < . '

7. Двухканальный СВЧ аттенюатор дециметрового диапазона на уровень входной^ мощности.500>Вт (ООО «Алмаз-Антей Телекоммуникации», г. Москва),. .«• .. • •,,. . ',,

8. Новосибирский; государственный технический университет, кафедра теоретических основ радиотехники. Внедрено в учебный процесс программное обеспечение для расчёта спектральных компонент в широкополосных управляемых секциях,

Документы о внедрении разработанных устройств приведены в приложении к диссертационной работе.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в " Новосибирском государственном техническом университете, в научно исследовательской работе студентов, при подготовке магистерских диссертаций, в дипломном проектировании и в материалах лекционных курсов «Электроника» и «Основы аудио-видеотехники». С использованием результатов диссертационной работы для студентов специальностей 210302 - «Радиотехника» и 210402 - «Средства связи с подвижными объектами» изданы учебно-методические пособия: «Радиотехнические цепи и сигналы. Задачи и задания» (Москва, ИН-ФРА, НГТУ, 2003 г.), «Основы электроники» (НГТУ, 2006 г.).

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщенная концепция многоканального построения широкополосных управляемых СВЧ устройств позволяет реализовать все существующие способы повышения уровня входной мощности за счёт использования базового двух-канального модуля, содержащего делитель мощности, суммарно-разностное устройство, фазосдвитающие четырехполюсники и управляемые секции.

2. Спектральный метод анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях на р- I —п - диодах, основанный на физико-топологической модели двух взаимодействующих переходов р-1-п - структуры и уравнениях гармонического баланса, обеспечивает высокую адекватность определения гармоник в широком диапазоне частот при большом уровне высокочастотного сигнала.

3. Метод расчёта спектральных составляющих в управляемых секциях, основанный на использовании функциональных рядов и законов теории цепей, позволяет описать режим динамического смещения, проявляющийся при достаточно большом уровне входного высокочастотного сигнала на полупроводниковых управляющих элементах, в том числе с комплексной нелинейностью.

4. Векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых управляющих элементов, основанный на использовании функции поверхностной плотности заряда, удовлетворяющей граничным условиям, применим для системы электродов трёхмерной формы.

5. Установленные значения предельно достижимой полосы частот сосредоточенных и полураспределённых цепей, предназначенных для компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов, являются критерием эффективности широкополосных свойств существующих и вновь создаваемых управляемых устройств.

6. Метод синтеза широкополосных полураспределённых фильтровых цепей компенсации влияния межэлектродной емкости и индуктивности выводов управляющих элементов, в основе которого лежит использование сосредоточенного прототипа, позволяет в 2 раза уменьшить массогабаритные параметры.

7. Итерационный метод синтеза корректирующих цепей для симметричных частотно-избирательных структур обеспечивает с минимальным значением начального затухания компенсацию искажений их амплитудно-частотных характеристик, обусловленных диссипативными потерями.

8, Метод синтеза согласующсттрансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной емкости и индуктивности выводов управляющих элементов, основанный на трансформации характеристического сопротивления сосредоточенных и полураспределённых фильтровых структур с перекрывающимися областями полос пропускания, позволяет реализовать любое заданное значение коэффициента трансформации,

9, Правила построения УУ СВЧ, выполненных на основе последовательного включения нескольких управляемых секций, в которых для реализации дискретного изменения управляемого параметра отдельные элементы подключаются параллельно друг другу, позволяют синтезировать широкополосные устройства с максимально достижимым уровнем входной мощности.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на международных,, Всероссийских и региональных конференциях: «Опыт применения автоматизации проектирования интегральных приборов СВЧ» (Киев - 1988); III- Сибирская научно-практическая, конференция «Сибметрология - 2001» (Новосибирск - 2001); «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (Томск - 2005); «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск-1996, 1997, 1999, 2000; 2001; 20Ö2, 2003, 2005); «Актуальные проблемы , электронного приборостроения» (Новосибирск - 1996, 1998, 2000, 2002; 2004); «Микроволновая электроника» (Новосибирск -г 1997, 2001, 2003, 2005); Российско-Корейская международная конференция - KORUS (Томск - 2001, Новосибирск - 2001,< 2002, 2005); «Электронные средства и системы управления» (Томск - 2004, .2005), «Измерения, контроль, информатизация» (Барнаул - 2003),

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 73 научные работы. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 63 ■ научных'работах: в 18 статьях в центральных периодических журналах; и изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций; в одной статье в ведущем научном периодическом издании; в 32 статьях и докладах в сборниках трудов международных и Российских научно-технических конференций; в описаниях 4 патентов и 9 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 198 наименований, и приложения. Работа изложена на 355 страницах основного текста, иллюстрируется 159 рисунками, содержит 5 таблиц,

, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулирована цель и зада: чи исследований^ научная новизна основньк результатов, обосновано хозяйственное и практическое значение работы, представлены положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, публикациях и структуре диссертации.,..... .. .

Первый раздел работы посвящен аналитическому обзору литературы по проблеме построения полупроводниковых УУ СВЧ. Рассмотрены известные в настоящее время схемотехнические решения и методы расчета. Приведены технические характеристики и указаны области применения УУ СВЧ в современных электронных системах различного назначения. Отмечено, что значительный вклад в развитие данного направления внесли отечественные и зарубежные ученые, в том числе: Мальский И.В., Сестроредкий Б.В., Дзехцер Г.Б., Орлов О.С., Бова Н. Г, Сгукало П.А., Вендик О.Г., Вендик И Б., Хижа Г.С., Вайсблат А В , Гвоздев В.И, Нефедов Е.И., Хотунцев Ю.Л., Семенов A.B., Ильюшенко В Н, Малютин Н.Д., Вершинин И.М., Беляев Б.А , Тюрнев В.В., Сычев А Н , Воронин М Я , Васильев Е.П., Воскресенский Д.И , Гассанов JI Г., Мещанов В П , Шкаликов В.Н , Петренко В П., Garver R.V , White I.F., Maas S и многие другие В результате анализа литературы и технических реализаций УУ СВЧ, производимых в России и за рубежом, определены основные тенденции их дальнейшего развития. При этом, особенно актуальными являются следующие направления: повышение допустимой мощности входного сигнала до уровня (1-2) кВт; расширение полосы рабочих частот и обеспечение режима качественного согласования при малом уровне прямых потерь; создание мощных управляемых устройств сантиметрового диапазона. Показано, что решение этих проблем можно обеспечить не только за счёт применения новых материалов и новой элементной базы, но и за счёт всё еще не исчерпанных до конца теоретических и конструкторско-технологических факторов.

Во втором разделе предлагается новая обобщенная концепция построения мощных УУ СВЧ, схематически изображенная на рис 1, где приняты следующие обозначения М - количество каналов делителя мощности (ДМ) и сумматора мощности (СМ); УМ - двухканальные управляемые модули; УСВ -устройства суммирования и вычитания сигналов (суммарно-разностное устройство), УС - управляемая секция, содержащая управляющие элементы; <рп, <рх2, 'Рг 1> Фгг ' фазосдвигаюшие четырехполюсники

Рис. 1. Обобщенная структура построения УУ СВЧ высокого уровня мощности

Показано, что любое схемотехническое построение УУ СВЧ может быть сведено к структуре рис. 1 на основе использования принципа вложения сложных систем, принципа декомпозиции и каскадного соединения. нескольких управляемых секций,

В'рамках предложенной концепции режим качественного согласования по входу и выходу: обеспечивается независимо от уровня согласования управляемых секций, отражённые сигналы от которых попадают в балластные резисторы развязанных ДМ и СМ, Новым базисным элементом обобщённой структуры рис. 1 является двухканальный управляемый модуль УМ, который содержит: делитель мощности с двумя выходами, одноканальные управляемые секции, суммарно-разностное устройство и систему четырех фазосдвигающих четырехполюсников. Показано, что при использовании квадратурных делителей мощности возможно два варианта фазовых. сдвигов:. <Р\ \ - <р\2 - <Рг\ - '/>22 а и <ри -<р\2 =0", <р2\ - ч>22 =180®, Первый вариант является традиционным, второй вариант предложен в работе для уменьшения неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) многоканального управляемого устройства. В состав управляемой секции (рис, 2) входят: управляющие элементы; схема согласования, компенсирующая влияние межэлектродной емкости управляющих элементов и индуктивности их выводов; понижающие и повышающие трансформаторы характеристического сопротивления.,

Рис, 2, Управляемая секция

Для увеличения входной мощности управляющие элементы могут включаться параллельно друг другу, В общем случае при многоканальном методо построения У У СВЧ допустимая входная мощность увеличивается в М -к* раз, где N - количество параллельно включенных управляющих элементов; кт~ коэффициент трансформации характеристического сопротивления компенсирующей цепи. Показано, что для реализации этого выигрыша в широкой полосе частот необходимо синтезировать для управляющих элементов согласую-ще-компенсирующие цепи, удовлетворяющие критерию предельно достижимой шнрокополосноети. Структура рис,' 1 на системном уровне охватывает веб многообразие управляемых устройств, реализуемых в сосредоточенном и распре-

делённом базисе, и заключает в себе перечисленные выше способы повышения уровня входной мощности.

В третьем разделе разработаны новые спектральные методы анализа не- • линейных эффектов, возникающих на высоком уровне мощности в УУ СВЧ. Для описания нелинейной инерционной p — i — n - структуры выбрана физико-топологическая модель. В стационарном режиме при постоянной амплитуде высокочастотного сигнала уравнения непрерывности для неосновных носителей заряда (ННЗ), инжектированных в базу p—i — n - диода, имеют вид:

¿ll-lzp-^o, = (1)

dx2 Lro dx Ll

где n(p) - мгновенные значения концентраций ННЗ; L0 - амбиполярная диффузионная длина ННЗ; х - координата базовой области; п, ( р1) - концентрация равновесных носителей заряда.

Для режима большого сигнала нелинейные граничные условия Больцмана разложены в комплексные ряды Фурье:

п{х = 0.0 = р{х = 0,0 = л, ■ ^ + ^ | Ак ■ j, (2)

и(* = а,0 = р{х = a,t) = я2 • [во + ^ У Вк ■ ejkat j, (3)

где. а - длина i - области; Ак, Вк- коэффициенты ряда Фурье, которые учитывают высшие гармоники; т - число учитываемых гармоник.

Для граничных условий (2) и (3) решение дифференциальных уравнений (1) дает следующее распределение ННЗ в i - области:

л(0 =Р(*. 0 = "<.(•*)+ I

nxAksh\ \ + n2Bksh[ ~

е,ш

4 а

^шк

(4)

где ¿шк = . — - комплексная диффузионная длина; щ, я2 - постоянные,

ф + ]ктх1

определяемые напряжением источника смещения и амплитудой сигнала.

В соответствии с (4) выражение для тока через р- / - п - диод имеет вид:

т . т т

1 = 1о+ 1= К + I Л* ыпкт + £1ск са$Ш. (5)

к--т *=1

При высоком уровне инжекции условия непрерывности для каждой гармоники тока сформулированы в виде:

/о(0) = /„(«) = /„, /,(0) = /*(а) = /„ 11к = 21т(/Д 1ск=2К^1к). (6) В работе исследованы нелинейные свойства управляемой секции, выполненной в виде последовательного соединения р-1-п - диода и нагрузки. Для этой схемы в соответствии с методом гармонического баланса составлена сис-

тема нелинейных уравнений, основанная на законах теории цепей и соотношениях (6), При этом импеданс р-1~п - диода определялся в виде среднего значения за период высокочастотного колебания;

где А4 - постоянная, определяемая параметрами конкретного диода.

Соотношение (7) и система уравнений гармонического баланса дляуправ-ляемой секции позволяют рассчитать статическое и динамическое значение импеданса управляющего элемента.

Разработанная для УУ СВЧ методика анализа нелинейных эффектов на основе метода гармонического баланса и физико-топологической модели р-1-п - диода является адекватной при уровне высокочастотного сигнала

™=.1 + 103 (и,! - амплитуда высокочастотного сигнала на диоде, срт - тсмпе-<Рт

ратурный потенциал), С помощью параметрического подхода и физико-топологической модели.р-1,-п • структуры исследованы переходные процессы и проведена оценка быстродействия управляемых устройств.

Для управляемых секций с быстродействующими диодами па основе р-п - перехода разработана методика расчёта спектральных составляющих с использованием функциональных рядов, учитывающая проявление детекторного. эффекта в управляющих элементах с комплексной нелинейностью. Основным допущением традиционного использования метода функциональных рядов является фиксированное напряжение смещения в рабочей точке. В результате чего при уровне высокочастотного сигнала, соизмеримом с температурным потенциалом <рт, резко возрастает погрешность расчёта. Для учёта режима динамического смещения, обусловленного детекторным эффектом, предложено использовать уравнения Кирхгофа, составленные для постоянного тока и первой гармоники входного сигнала. При этом входная проводимость полупроводникового диода представлена в виде параллельного соединения безынерционной активной проводимости и диффузионной ёмкости прямосмещённого р-п - перехода, Для нелинейного безынерционного элемента, имеющего вольтамперную характеристику /(£/), разложение в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки иа имеет вид:

• . /(и) = ¡0,+ £1 и + иг + giU3 + +... , (8)

где и - переменная составляющая напряжения на нелинейном элементе.

• Выражение для проводимости, определяющей амплитуду тока первой гармоники, получено с помощью подстановки и = ■ сояа1 в (8):.

3 5*

+-&«;}■+..........(9)

. Нелинейная ёмкость в, общем случае определяется нелинейной зависимостью заряда от напряжения!£?(£/), ряд Тейлора для которой имеет вид:

6(и) = с0 +С(М + с2гг2 +с3«3 + с4м4... . (10)

При гармоническом сигнале из соотношения (10) с помощью дифференцирования получена составляющая диффузионной ёмкости, определяющая амплитуду первой гармоники тока через нее.

С(«.,) = с, + ... . (11)

Для полупроводникового диода с экспоненциальной вольтамперной характеристикой получены выражения для проводимости С?(н,/) и емкости Сс1(и1!):

С(«,/) = «„+| +гЬ'а5'° ил.....

8 192

(12) (13)

_4" 64

где с = агр1х{еа"° -1) - диффузионная емкость в рабочей точке при «,=0; ¡0 = 1ле""° - ток в рабочей точке при и{1 = 0; тр - время жизни дырок в базовой п - области; - ток насыщения; а - нормирующий множитель, обратно пропорциональный температурному потенциалу <рт.

Высшие гармоники учтены с помощью генераторов тока [т (т = 2,3,4...), подключенных параллельно диоду, а его проводимость по первой гармонике определяется выражением:

Y{ud)^G{Ucl) + Jm■Cd(ud). (14)

Амплитуды гармоник тока, обусловленные нелинейностью вольтамперной характеристики, определены с помощью ряда (8):

П='о

аъи3 аьи\ ССисг +-- 4--28 192

. 'г ='о

2 2 4 4

4 48 1 3 0

/33 -55

Д + ил

24

384

■ (15)

Постоянная составляющая тока через полупроводниковый диод равна:

/ = Е» ~и-

-О

+ 1,е

а и, а и.,

(16)

Л ^ ' * ^ 4 64 Из (13) с помощью применения формул кратных углов получены выражения для амплитуд гармоник тока диода, обусловленных диффузионной ёмкостью:

/," = у <у • ^ с + (с + ) ■ )2 + У

I¡=^2ш■{c + aт I,)-

/3 =уЗ ш\с+атр1в)-

(17)

(18) (19)

Учитывая, что на высоких частотах в схеме управляемой секции рис. 3 напряжение на диоде имеет фазовый сдвиг <рл, напряжение в рабочей точке и„,

амплитуда переменной составляющей на диоде и(/ и его начальная фаза <рА связаны между собой следующей системой нелинейных уравнений!

и0 + (Л„ + Я„) ■ 1о(и0,иа) в Е0,

Ке ^Л,; •

1ш

Л„ +

1 + №Я„С„ й-

Л-)(010

(20)

-0>

1 + УвЛ„Си

где Л„, Н„ - сопротивления источника сигнала и нагрузки..

В рассматриваемой схеме управляемой секции (рис, 3,) при последовательном включении полупроводникового диода входной высокочастотный сигнал с амплитудой иы вызывает изменение исходного положения рабочей точки за счёт возникновения на суммарном резисторе Д = Я„+ДЛ. напряжения динамического смешения, что соответствует проявлению, детекторного эффекта, который описывается системой уравнений (20).

Яг-,

Рис, 3. Однодиодная управляемая секция и её эквивалентная схема

На рис, 4 приведены рассчитанные*по (20) зависимости нормированных постоянных составляющих напряжения и тока .через диод от амплитуды входного сигнала £/,„. На рис. 5.. представлены графики зависимости амплитуды первой гармоники тока через диод, рассчитанные по выражениям (15), (17) и (20). Дня сравнения т рис, 5; пунктирной линией показан график для амплитуды первой гармоники тока через диод, рассчитанный более точным методом гармонического баланса. На рис, 5 приведён также результат расчета первой гармоники тока через диод в исследуемой схеме при фиксированном напряжении смещения (кривая 3)л ■ • •' ' ■ ' . . ...

Рис. 4. Параметры рабочей точки диода Рис. 5. Первая гармоника тока диода

Математическая формулировка условия для нахождения границы применимости предлагаемого метода, учитывающего режим динамического смещения, имеет вид:

ди,„

- = 0.

(21)

В работе установлено, что (21) в большинстве случаев практически приводит к выполнению условия {/,„ < Е0.

С помощью признака сходимости Бертрана определен радиус сходимости степенных рядов (15) и (17):

Щт - 2)

(/и-2).

т-2

-I -

С» (<»«/)"

Например, при С/ш = Еа = 0,5 В и т = 5 значение радиуса сходимости равно аи< 3,83. Отметим, что это значение существенно превосходит требование режима малого сигнала ( аил «1).

В работе показано, что в области высоких частот (сотр < 1) в соотношениях (12) и (13) следует учитывать частотную зависимость диффузионной емкости и малосигнальной дифференциальной проводимости в рабочей точке:

с4г _

=

4г

(22)

где gi =са^еа"° - низкочастотное значение малосигнальной дифференциальной проводимости.

Таким образом, в общем случае дифференциальная проводимость и диффузионная ёмкость полупроводникового диода в рабочей точке представляют собой функции двух переменных: <7(и,/,а>) и С,;(11^,01). Использование этих функций позволило в быстродействующих процедурах спектрального анализа,

основанных не применении функциональных рядов;, снизить требования к выполнению условия режима малого сигнала не менее,.чем на 10 дБ. Предложенный подход позволяет также уточнить значения, коэффициентов, с помощью которых описываются нелинейные элементы во многих компьютерных схемотехнических программах и системах САПР," предназначенных для проведения нелинейного моделирования,

ЧетвЕртый раздел посвящён разработке векторно-параметрического метода расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых управляющих'элементов и СВЧ плёночных резисторов с учётом краевых эффектов, Для двумерных задач достаточно конструктивно анализ краевых эффектов в квазистатическом приближений осуществляется с помощью метода конформных отображений, однако этот метод не позволяет рассчитывать ёмкость системы трёхмерных проводников, Непосредственное применение законов электростатики, учитывающих неравномерное распределение заряда на электродах, приводит к интегральным соотношениям, при вычислении которых возникает сингулярность. На рис. 6а,б изображено распределение поверхностной плотности заряда сг соответственно на электродах прямоугольной и дисковой формы, наглядно показывающее причину сингулярности.

<*{х,у)

. ») , ■ • б) Рис, 6,'Распределение поверхностной плотности заряда: ... а) прямоугольный электрод; б) дисковый электрод

Для устранения сингулярности предложено^ использовать векторно-параметрический'подход, в рамках которого выражение для расчёта потенциала заряженного трёхмерного электрода произвольной формы является редуцированным:

V

(23)

где.Лу - форм фактор; у/,9 - параметрические переменные; |рх(у/,^^¿ расстояние от произвольной точки поверхности электрода до начала координат,

определяемое на основе векторно-параметрического уравнения поверхности электрода заданной формы; (I - расстояние от точки определения потенциала до поверхности электрода; /(>9) - весовая функция, имеющая различный вид

для электродов односвязанной и двухсвязанной формы; А =-1— ; еа - абсо-

Лхе0ее

лютная диэлектрическая проницаемость; ее- эффективная диэлектрическая проницаемость, (2 - заряд электрода

Для системы двух электродов, расположенных на расстоянии с1, введено

определение коэффициента экранирования к = ^, позволившее найти пе-

<р(0)

рераспределение полного заряда между внешней и внутренней поверхностями члектродов. На основе соотношения (23) получены общие выражения для расчета емкости электродов произвольной формы методом потенциальных и емкостных коэффициентов.

С,,=-1--+--, (24)

сг,, + аг2 ~ 2а12 0,5(а,1 + а22 — 2ап ) С., -с,2) + (сц -с12)-(1-Лг), (25)

где ау, с„ - соответственно потенциальные и емкостные коэффициенты (собственные и взаимные), зависящие от формы электрода.

Для выполнения граничного условия при определении наведенного потенциала на втором электроде использовано усреднение потенциала по всей его поверхности. Например, для электрода дисковой формы радиуса Я, усреднение потенциала выполнено по координате лт на интервале О — Я при значении координаты у- 0:

лд г _ со&му/аз

<Р,!(а) = —~ ] \ I - - ■ ■ ---—(26)

4лЯ о о ^^Ясаяц/совЗ- х)2 + (Лбицу cos.il)2 +(12 2

На основе соотношений (23) и (24) получены в аналитическом виде выражения для коэффициента экранирования и величины ёмкости системы с двумя бесконечно тонкими дисковыми электродами, справедливые при любых соотношениях значений Лиг/:

г , , \\

4

¿(¿) = --агсзт[1+(£/)2]~1 , С, =-

3--агсБш!

л

71

л — 2агсзт|

Здесь обозначено Ы = —.

Я

Выражение, удовлетворяющее граничному условию, для расчёта среднего значения наведённого потенциала на расстоянии d, создаваемого бесконечно тонким электродом прямоугольной формы с размерами а х Ь, имеет вид:

. п я о , 2п2гг

»»-SSi. ¿п

АаЬ .

-а-в

1 dy/dQ

2лг2 ¿¡о cosv/ - х)2 + (ft • sin 5 - у? у

(¿«/у. (28)

Для практически важного случая, когда электроды имеет конечную толщину, равную с, получены выражения для потенциалов, наведённых соответственно электродом дисковой и прямоугольной формы:

^^ " (29)

4 л1

/10 272? «у.««- ,„п.

<рЛ<*)а-тт ! i I ......... , -------------------------------(зо)

lit

В работе определена межэлектродная ёмкость управляющих элементов с кольцеобразной формой электродов. Учитывая свойство двухсвязанности и симметрию кольца, для расчёта потенциала бесконечно тонкого кольцевого электрода получено выражение:

' „M-fflT, Г9., , (3D

™ 0 0 д/((Л + «cos^)cosy - х,) + snr y/(R + acosQy + di где г, = Л + а - внешний радиус кольца; гг *» R - в - внутренний радиус; 2я - ширина кольца; х^ - текущая координата на оси ОХ: R-a<xi <R + a.

Таким образом, использование предложенного, вскторно-параметрического метода расчёта межэлектродной емкости управляющих элементов повышает адекватность моделирования частотных свойств УУ СВЧ высокого уровня мощности. Расчёт потенциала по выражениям (23), (26) для электродов различной формы проводился численным интегрированием в компьютерных математических программах, Учитывая, что ёмкость в электростатическом поле является аналогом проводимости в поле электрического тока, с помощью инте- ■ трального соотношения Фано-Боде получено выражение, определяющее широкополосные свойства для заданного уровня входной мощности Р,„ при использовании в УУ СВЧ сосредоточенных управляющих элементов: Л<у • Р1п я const.

В пятом разделе работы рассмотрены принципы построения и схемная реализация согласующе-компенсирующих цепей управляющих элементов на основе фильтровых структур. Эффективным методом компенсации влияния межэлектродной' ёмкости и индуктивности выводов управляющих! элементов является их встраивание в фильтровые структуры. Для чебышевского фильтра нижних частот (ФНЧ) п -го порядка с помошью метода характеристических параметров (Л/) и соотношения Фано-Боде получено выражение для предельной

частоты компенсации влияния межэлектродной ёмкости С^, встроенной в

среднее сечение ФНЧ:

, _____1__

/шах - г---,- --7 ~ ' (32)

п +1

где - элементы нормированного низкочастотного прототипа; к ---номер среднего элемента фильтра.

На основе соотношения (32) сформулирован критерий эффективности широкополосных свойств фильтровой структуры в виде ФНЧ при использовании её в качестве компенсирующей цепи:

/л

тах

/с _ , , , „ О* , (33)

(Г,

где /с =--— граничная частота ФНЧ.

2лКпСа

Показано, что соотношение (33) дает хорошую точность при условии п< 6. Для случая п> 6 повышение точности расчёта предложено осуществить с помощью усреднения коэффициента отражения в рабочей полосе частот, в результате чего получена в интегральной форме оценка эффективности широкополосных свойств фильтровых компенсирующих структур-■ (34>

/тах [Ьц-^Цл! * |Г(П)|

На рис. 7 приведён график, показывающий эффективность широкополосных свойств фильтровой компенсирующей структуры в виде чебышевского (сплошная линия) и баттервортовского (пунктирная линия) ФНЧ в зависимости от порядка фильтра п. График получен с помощью численного интегрирования соотношения (34).

При использовании полосно-пропускающих фильтров (ППФ) в качестве компенсирующей цепи величина ёмкости управляющего элемента, встроенного в фильтр, определяет полосу рабочих частот, которая не зависит от значения центральной частоты. Для оценки эффективности широкополосных свойств ППФ, применяемых в качестве компенсирующей цепи, в (34) следует заменить /с -> Д/. В многоэлементных управляемых секциях целесообразно использовать чебышевские ФНЧ и ППФ 3+4 порядка, которые обеспечивают полосу рабочих частот, близкую к предельно достижимой.

. и

/ш

■х 1,0 . 0,75

0,50 0,25

/I п --- —- •

——

.6 В

10

П

Рис, 7, Эффективность чебьшевских и баттервортовских' фильтров в зависимости от порядка и

Показано,- что ЛПФ на-сосредоточенных элементах, имеют эффективность широкополосных, свойств по отношению к предельным возможностям (35+ 40)% для фильтров 2 -го порядка и (70+75)% для фильтров 3 -го порядка. .

В дециметровом, и сантиметровом диапазонах длин волн компенсация влияния сосредоточенных емкостей управляющих элементов осуществляется с . помощью полураспределённых полосно-пропускающих структур. Для синтеза малогабаритных компенсирующих структур на отрезках линий передачи предложен метод сосредоточенного прототипа, в основе которого лежит использование параметра распределенности резонатора. Соотношение для предельной полосы частот компенсирующей цепи сосредоточенного типа обобщено на цепи, содержащие отрезки линий передачи:.

¿/„« ° . Г .----Т—7—т. (35)

2Л,

1; , (К х-Л-Р* 2.

1п

к

где \>(в0)' параметр распределенности; рк,0к - параметры линий связи.

Для симметричных компенсирующих цепей с диссипативными потерями на основе итерационной процедуры разработан эффективный метод структурного синтеза корректирующих цепей. Это позволило расширить полосу рабочих частот компенсирующих цепей с потерями до 30%, Установлено,;что для П-образного ФНЧ на сосредоточенных элементах корректирующая цепь представляет собой индуктивный элемент, а для ППФ - последовательный контур. В цепях с распределёнными параметрами синтез корректирующий цепи приводит к резонатору с короткозамкнутым шлейфом и, четвертьволновой связью..

В шестом разделе работы рассмотрены принципы построения и осуществлён синтез цепей компенсации с использованием трансформации характеристического сопротивления. Полоса рабочих частот компенсирующих цепей

фильтрового типа ограничена фиксированной величиной характеристического сопротивления Л, в среднем сечении фильтра. Предложено для расширения полосы рабочих частот согласующе-компенсирующуто цепь реализовать в виде каскадного соединения фильтровых структур различного вида, между которыми включены соответственно понижающий и повышающий трансформаторы Нортона. Предельная относительная полоса частот компенсирующих цепей сосредоточенного гипа, содержащих трансформаторы характеристического сопротивления, определяется выражением:

Д/ • т„ < —кТ . = const, (36)

1

где г„ =С(/ 1{п - постоянная времени компенсирующей цепи; кт - коэффициент трансформации

Из соотношения (36) следует, что обеспечить компенсацию емкости С(1 в заданной полосе частот Л/ можно за счет увеличения коэффициента трансформации кт. Соотношение (36) определяет «площадь компенсации» или «площадь согласования» ёмкости С/ в полосе частот А/ при задашюм значении сопротивления нагрузки Л„.

В качестве примера на рис. 8 показана схема компенсирующей цепи, выполненной на основе двух П-образных ФВЧ третьего порядка с встроенными трансформаторами Нортона и Т-образного ФНЧ.

I Л2 I

, Г С| , t

I Сз У г

C'2(Q)

Рис. 8 Компенсирующая цепь, выполненная на основе ФВЧ, понижающих трансформаторов Нортона и ФНЧ

Для значения коэффициента трансформации кг=3 и минимальной частоты рабочего диапазона /ют = 250 МГц АЧХ данной схемы компенсации приведена на рис. 9 Компенсируемая емкость равна Cj =30 пФ, что позволяет осуществить параллельное включение нескольких мощных управляющих элементов. Эффективность схемы рис. 8 по разработанному критерию широкополосное™ составляет 81%, а выигрыш в полосе рабочих частот по отношению к фильтровой схеме равен 1,93. Несмотря на каскадное включение двух фильтров, избыточность данной схемы в целом оказывается невысокой, поскольку два элемента ФВЧ с положительным шачеиием реактивного параметра ком-

пенсируются соответствующим отрицательным значением реактивного параметра трансформаторов Нортона. В области относительно высоких частот для построения компенсирующих цепей следует использовать ППФ.

/.ГГц

Рис 9. АЧХ схемы компенсации, выполненной на основе ФВЧ, понижающих трансформаторов Нортона и ФНЧ

На рис 10 приведена схема компенсации, при синтезе которой использован Т-образный ППФ третьего порядка, имеющий повышенное значение характеристического сопротивления параллельного контура. Для его согласования с нагрузкой использованы понижающие трансформаторы Нортона. В качестве опорного элемента для каждого из трансформаторов Нортона взята индуктивность параллельного контура, величина которой удвоена.

Рис. 10. Компенсирующая цепь на основе Т-образного ППФ с встроенными понижающими трансформаторами Нортона

Для построения широкополосной компенсирующей цепи дециметрового и сантиметрового диапазона предложена трансформирующая частотно-избирательная структура на отрезках линий передачи, показанная на рис. 11. По сравнению с известным типом полосно-пропускающего фильтра СВЧ, выполненного на полуволновых отрезках линий передачи, структура рис. 11 имеет выигрыш по геометрическим размерам в два раза, поскольку в ней используются четвертьволновые отрезки. Для мощных коммутационных диодов с большой межэлектродной емкостью трансформация должна осуществляться в сторону уменьшения характеристического или волнового сопротивления.

Ро

в~9<Г, Р1 •'

0»9О>-

6я9&

кг : I

1 : к1

Ро

Р1

Т.

РЗ

РЗ

Р1

Рис. 11 ■ Симметричная структура с трансформациейхарактеристического сопротивления на отрезках линий передачи

Проведен параметрический синтез СВЧ структуры рис, 11 с помощью аппроксимации частотной зависимости коэффициента отражения полиномом Фурье: . '

. Г(0)га 2£Г/.'81П[2(Я- / + 1)0, (37)

/-1 /-1 ■

где Ь,» ~[соз(2/(5т,„) I]Г, ' [со»(2(и - / + 1)^т,п) -1]- коэффици-

Я'} Л\П —1 + 1)'

ент отражения от /- го .скачка волнового сопротивления; в - электрическая длина отрезков линий передачи,- , . ,

Переход к. компенсирующей цепи осуществлён за счёт включения укорачивающих емкостей> На рис.. 12 приведена схема компенсирующей структуры, ■в которой укорачиваемые отрезки состоят из двух секций.

те®

Рис. 12. Компенсирующая структура с двухсекционным включением укорачивающих емкостей

': На рис. 13 приведена АЧХ траисформирующей структуры на отрезках линий передачи со' следующими 'исходными данными: Д„ и 50Ом," =45", я = 3, С^ = 1,5 пФ.. График 1 соответствует схеме рис, 11, а фафик 2 соответствует. схеме рис. 12. В обоих случаях АЧХ имеет пульсирующую форму, по; лоса рабочих частот,составляет.97%,* Эффективность рассматриваемой структуры по критерию предельной широкополосностя равна 85%.,

52), дБ

1 2 3 4 5

Рис. 13. АЧХ компенсирующей структуры на отрезках линий передачи, синтезированной с помощью рядов Фурье

Компенсирующая структура рис. 12 имеет на входе четвертьволновые отрезки линии передачи с волновым сопротивлением рх, что обеспечивает построение на ее основе многоканальных коммутаторов бинарного типа, работающих на высоком уровне мощности. При этом полоса рабочих частот бинарного коммутатора определяется величиной волнового сопротивления рх, оптимальное значение которого соответствует чебышевской АЧХ.

В работе предложена новая схема компенсации (рис. 14) в виде встречного включения фильтрующе-трансформирующих цепей, содержащих кроме отрезков линий передачи короткозамкнутые шлейфы.

Рис. 14. Компенсирующая структура с короткозамкнутыми шлейфами

Частотная зависимость входного КСВ для схемы рис. 14 изображена на рис. 15 (график 1). Моделирование проводилось для следующих исходных данных: =50 Ом; /„=5 ГГц; кт=2\ р0 =35,35 Ом; р*а = 85,35 Ом; рс =45,2 Ом.

Переход от распределённого прототипа рис. 14 к полураспределённой схеме компенсации выполнен с помощью замены центрального четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа (резонатора) эквивалентным полураспределённым резонатором, содержащим сосредоточенную ёмкость Сл. Для расширения полосы рабочих частот между отрезками с волновым сопротивлением рс и ра

включены дополнительные короткозамкнутые шлейфы. На рис, 15 (график 2) показана частотная зависимость KGB для следующих данных: /0 = 5 ГГц; Аг =2; С,/ =0,64 пФ, Оптимальные значения параметров отрезков линий передачи и шлейфов равны: рс « 42,4 Ом; рк =• 75,4 Ом; р„ - 42,4 Ом; = 131,4Ом; =¡39,6°, .

Рис, 15, Частотные характеристики компенсирующей структуры.на основе понижающих трансформаторов с короткозамкнутыми шлейфами

Оптимальные волновые сопротивления дополнительных корректирующих шлейфов равны 135,4 Ом, Эффективность по критерию максимальной широко-полосности предложенной схемы рис. 14 составила 73%, Структуры рис. 11 и рис. 14 по эффективности и полосе, рабочих частот примерно равнозначны, однако структура рис, 14 имеет более удобную топологию, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели проектируемых устройств,

В седьмом разделе рассмотрено; построение широкополосных устройств управления амплитудой и фазой высокочастотных колебаний, Предложены новые структуры мостовых аттенюаторов различного вида, работоспособные в полосе частот порядка октавы и имеющие повышенную допустимую мощность входного СВЧ сигнала, Кроме того, предложены эффективные методы обеспечения малых прямых потерь в широкой полосе частот для полупроводниковых аттенюаторов сантиметрового и миллиметрового диапазона, содержащих управляющие элементы, разделённые четвертьволновыми отрезками линий передачи! Существенной особенностью рассмотренных схем является обеспечение режима согласования при произвольных, но одинаковых управляющих токах или напряжениях, подводимых к полупроводниковым управляющим элементам.

На основе мостовой двухступенчатой схемы делителя СВЧ мощности разработан широкополосный аттенюатор, изображённый иа рис. 16, По результатам теоретического анализа для ,50-омного СВЧ тракта была разработана экспериментальная конструкция двухступенчатого аттенюатора, работающего в

диапазоне частот- 400-1000 МГц. В качестве полупроводниковых диодов VD\ -VD5 применены p-i-n - диоды типа 2А517А. Отрезки линий передачи реализованы в полосковом исполнении на подложке из фольгированного СВЧ диэлектрика «ROGERS»

Рис. 1Ь. Двухступенчатый мостовой аттенюатор

Экспериментальное значение КСВ в октавной полосе рабочих частот не превышало 1,35 Аттенюатор обеспечивает плавное регулирование вносимого затухания от 0,4 дБ до 23 дБ. За счет использования балластных резисторов аттенюатор способен рассеивать мощность до 20 Вт.

На рис. 17 приведена АЧХ согласованного аттенюатора дециметрового диапазона, выполненного на основе двух квадратурных направленных ответви-телей и двух управляемых секций, в которых цепь компенсации влияния межэлектродной емкости р -1 - п - диодов реализована по схеме рис. 8. В частотном диапазоне 0,6-1,2 ГГц схема рис. 8 позволяет компенсировать межэлектродную емкость 10 пФ, что обеспечивает в двухканальной структуре непрерывное регулирование СВЧ мощности порядка 300 Вт при параллельном включении трех р-1—п- диодов 2А528А При импульсном режиме управления р- 1 — п - диодами это устройство выполняет функцию двухканапьного переключателя балансного типа на уровень входной мощности до 1000 Вт. Управляющий сигнал к р -1 — п - диодам в обоих случаях подводится с помощью фильтра нижних частот.

Предложена и разработана новая конструкция мощного переключателя, содержащего отрезки полосковых линий передачи с низким волновым сопротивлением и р -1 - п - диоды 2А528А. Экспериментально испытанный переключатель на подложке из поликора обеспечивает уровень коммутируемой СВЧ мощности 250 Вт. Применение р-1-п - диодов 2А535А, 2А537А и мощных пленочных резисторов позволили создать дискретно переключаемый широкополосный аттенюатор дециметрового диапазона на уровень входной

мощности 1,2 кВт, предназначенныйдля измерения параметров выходного сигнала передающей телевизионной аппаратуры.,,

$21, ДБ

1.2 /,ГГц

Рис. 17. АЧХ аттенюатора на основе двух направленных ответвителей

При разработке управляемых устройств сантиметрового диапазона острой проблемой является подведение постоянных напряжений смещения и токов управления к полупроводниковым приборам* поскольку даже безвыводные блокировочные конденсаторы, включенные в. разрыв полосковой. линии, дают значительные отражения. Несколько лучшие результаты получены при выполнении, электрического разрыва в металлизированном основании, при этом разрыв- вокруг ■ одного из. электродов; управляющего элемента является I щелевой линией. С целью увеличения фазвязки5 между полосковой и щелевой линией предложено в месте их пересечения включить диэлектрическую пластину с металлизированными поверхностями и * линейными размерами ахЬхИ в виде вертикальной,вставки,, как показано на рис;, 18..Пластина представляет собой пленарный резонатор, распределённо связанный со щелевой линией,,

■ Для описания планарного резонатора в широком диапазоне частот, составлена эквивалентная схема в виде, параллельного контура, содержащая частотно зависимые элементы:.

С(0).

е0егаЬ&1п2. в

01к

при 0 5 90" (ГйГ0),

0 при0£9О°(ГЬГо),

[О, при в

цгНса&гв, : при в £ 90? 0*90° (/¿/Д .

(38)

(39)

где 0 - электрическая длина резонатора;, /4, - соответственно абсолютная и относительная магнитная проницаемость,,

На рис., 18' покшана конструкция 'трёхдйодного аттенюатора на подложке из поликора толщиной 0,5 мм'с вертикально установленными пленарными ре-

зонаторами. В экспериментально испытанном аттенюаторе на уровень входной мощности 5 Вт, выполненном на р-1-п - диодах 2А516, прямые потери на частоте 7,5 ГГц были равны 0,7 дБ, а максимальное затухание составляло 28 дБ.

Рис. 18. Трёхдиодный аттенюатор с планарными резонаторами

Для широкополосных дифференциальных фазовращателей с постоянным фазовым сдвигом (рис. 19) разработана методика расчёта, основанная на обеспечении равенства крутизны наклона фазочастотных характеристик (ФЧХ) по-лосно-пропускающего фильтра и отрезка линии передачи. Такой подход обеспечил получение требуемых фазовых сдвигов и равномерную форму АЧХ.

- К1 Р„ш

КЗ

А

А

Ро

$

V4 2:

Р\

Р\

Рис. 19 Дифференциальный фазовращатель на основе ППФ

. 30

В соответствии с рис., 19 канал. фазовращателя с короткозамкнутыми шлейфами представляет собой ППФ с четвертьволновыми связями. Для ППФ и отрезка линии передачи ФЧХ описываются следующими соотношениями:

\2 / /\4 Г /\6

fPl(ri)*>-arcty,

ь0-ь1\%) +ЪА

-h

rj+2

(40)

. (41)

где // - нормированная частотная переменная; £ - масштабный множитель; Ь„ -коэффициенты полинома знаменателя дроби, описывающей АЧХ фильтра.

В соответствии с предложенной методикой параметры фильтра определяются из решения системы уравнений:

в0~(п~ 1)<| + Др,

где Д(р - требуемый фазовый сдвиг между каналами; п - порядок ППФ.

В работе показано, что при фазовом сдвиге Др я 180е схема рис. 19 является многофункциональной. При одновременно открытых четырёх диодах она обладает свойствами'режектируюшего фильтра за счёт того, что сигнал распространяется по двум параллельным каналам; имеющим разность фаз 180°. .

В соответствии с рис. 19 разработана конструкция СВЧ фазовращателя на подложке из полйкора с' фазовым сдвигом А г/?о 90°. Как показали экспериментальные испытания, в диапазоне частот, (0,8+1;2) ГГц погрешность фазового сдвига не превышала>5®. Применение p-i-n - диодов 2А517А в режиме коммутации обеспечивает прохождение GB4 мощности 10 Вт.

Для дециметрового и сантиметрового диапазона предложены новые схемы построения инверсных выключателей (рис, 20), основанные на управлении видом фильтровой структуры, В режиме пропускания выключатель представляет собой ППФ, а в режиме запирания он преобразуется с помощью управляющих элементов в широкополосную режекторную структуру, В режиме запирания выключатели рис. 20,а,б представляют собой неминимально фазовую систему, для которой необходимо одновременно выполнить с заданной точностью два условия,* Во-первых, ППФ и дополнительный отрезок линии передачи должны иметь одинаковую - крутизну- наклона фазочасготиьгх характеристик

, Во-вторых, модуль коэффициента передачи ППФ, в рабочей

dfpt(m) дф2(<о)

да да

полосе частот должен быть равен £2| (?) *» I,

Output

а)

Рис. 20. Инверсные выключатели: а) двухдиодный выключатель; б) четырехдиодный выключатель

АЧХ четырехдиодного инверсного выключателя в режиме запирания и пропускания показаны на рис. 21

¿'2|, дБ /. ГГц

Рис. 21 АЧХ четырехдиодного инверсного выключателя

При работе выключателя с повторяющимися пачками радиоимпульсов установлено, что допустимая мощность рассеивания на диоде определяется соотношением:

( Г

-Яп-

т

-Чр — 1-е *т

1-е тт

I ' .. . ■ ■

где <зр - скважность радиоимпульсов; дп - скважность пачки радиоимпульсов; Рц- допустимая мощность, рассеиваемая на диоде; тт - тепловая постоянная управляющего элемента..

В работе исследовано, использование перестраиваемых ППФ в качестве плавных фазовращателей. На рис. 22 изображена схема ППФ, в котором сопротивления нагрузки Я„ и резонасяый элемент связи включены ¿частично по отношению к крайним резонаторам, Коэффициент включения нагрузки выбран таким образом, что Ёмкости всех трёх резонаторов фильтра имеют одинаковое значение. Это позволило обеспечить электронную перестройку фильтра с сохранением постоянной величины относительной полосы пропускания,

и,

упр.

2 У „9 2

Р2 С р2 I

Рис, 22. Фазовращатель на основе трёхрезонаторного ППФ

Рассматриваемый фазовращатель на основе ППФ позволяет плавно изменять фазу от 0° до 270°, Волновое сопротивление среднего резонатора Р2 и его электрическая длина вг определяются численным решением системы нелинейных трансцендентных уравнений, полученных из условия резонанса и эквивалентности по крутизне реактивного сопротивления среднего резонатора и сосредоточенного контура:

в

о,

(44)

4 #0С

■ 0,

где ц/ = ага%

А

Получено выражение для расчёта коэффициента связи между линиями в схеме рис, 22, в основе которого лежит использование параметра распределенности для области'связи

К Л®

Для дискретных фазовращателей и аттенюаторов с фиксированным изменением управляемого параметра сформулированы принципы построения и проведён анализ работы при параллельно-последовательном включении управляющих элементов. Установлено, что выражения для определения значения дискретного параметра произвольного элемента в любой группе и максимальное значение управляемого параметра УУ СВЧ соответственно имеют вид:

лк., = ААпк , П(«4 + 1), Аг = I пк П(«* +1) , (46)

J

где к - порядковый номер группы слева направо; 1 - порядковый номер цемента в группе (0 <1<пк ); пк - последний элемент в к - ой группе.

Показано, что при разбиении всех элементов на группы по (46) сумма дискретных значений управляемого параметра максимальна при равном количестве элементов в группах, а изменение порядка расположения групп со своим количеством элементов не приводит к изменению общего количества дискретных значений. Для получеши максимально достижимой мощности подводимого высокочастотного сигнала входной группой ступенчатого аттенюатора должна быть группа с наименьшими значениями дискретно изменяемого параметра. Установленные, закономерности построения дискретных УУ СВЧ являются основой для дальнейшего анализа их частотных свойств и моделирования нагрузочной способности в общих и специализированных САПР.

Основные результаты работы

1. Разработана обобщенная концепция многоканального построения широкополосных устройств управления амплитудой и фазой высокочастотных колебаний большой мощности. Предложенная концепция позволяет на основе двухканального универсального управляемого модуля, содержащего делитель, фазосдвигаюшие четырёхполюсники, суммарно-разностное устройство и управляемые секции многократно наращивать мощность входного СВЧ сигнала при обеспечении равномерной формы АЧХ и высокого качества согласования в большом динамическом диапазоне изменения управляемого параметра.

2. Разработан адекватный метод спектрального анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях, основанный на использовании метода гармонического баланса для физико-топологической модели р-г-п - диода, учитывающей изменение концентрации неосновных носителей заряда в базовой / -области во времени и по координате, что позволило исследовать проявление детекторного эффекта на высоком уровне мощности.

3, Разработан быстродействующий метод расчёта спектральных составляющих выходного сигнала в управляемых секциях с использованием функциональных рядов и законов, теории цепей, позволивший исследовать режим динамического смеоденияуправляющих элементов,

4, Разработан векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости! полупроводниковых управляющих элементов на основе трёхмерной функции поверхностной плотности заряда, удовлетворяющей граничным условиям, Метод применим для расчёта межэлектродной емкости существующих и вновь создаваемых', управляющих, элементов при симметричном и несимметричном расположении электродов,'

5, Сформулированы критерии для оценки эффективности широкополосных свойств симметричных цепей компенсации влияния межэлектродной емкости управляюших элементов, выполненных в сосредоточенном и полураспределённом базисе, что позволило сравнить по широкополосности синтезированные схемы компенсации при различных методах аппроксимации АЧХ, Критерии получены на основе .использования значения характеристического сопротивления элементарных звеньев многокаскадных цепей, фундаментального ограничения Фано-Боде, параметра распределённости и усреднения модуля коэффициента отражения в полосе пропускания,,

6. Разработан метод! синтеза полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной; емкости управляющих элементов,, позволивший уменьшить в 2+3 раза габаритные размеры и обеспечить полосу рабочих частот, близкую к теоретическому пределу. Метод основан на использовании параметра - распределённости и эквивалентной частотно зависимой схемы замещения отрезка линии передачи,

7. Разработан итерационный метод синтеза корректирующих цепей, обеспечивающих оптимальную форму АЧХ частотно-избирательных и компенсирующих структур сосредоточенного/и полураспределённого типа с диссипа-тивными потерями, что позволило на (20+30)% расширить полосу рабочих частот. ' " '■

8. Разработан метод синтеза согласующе-трансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости управляющих- элементов, обеспечивающий заданную величину коэффициента'трансформации характеристического сопротивления в широкой полосе частот.

9, Доказано теоретически, и подтверждено экспериментально, что использование пленарных - резонаторов с распределённой связью примерно в 1,5 раза расширяет полосу рабочих частот- управляемых, устройств сантиметрового диапазона. Эквивалентная частотно) зависимая схема пленарного резонатора составлена на основе двумерной модели линии передачи. •

10; Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований* позволили, развить теоретические методы,, создать и внедрить в передающую и измерительную аппарату, широкополосные управляемые СВЧ устройства, работающие в диапазоне частот; 0,02+12 ГГц на уровень коммутируемой мощности до 1,2 кВт,

Таким образом, основной результат выполненной диссертационной работы заключается в разработке новых положений теории и практики построения широкополосных управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности, что явилось существенным вкладом в решение актуальной научно-технической проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, по созданию и внедрению в радиоэлектронные системы различного назначения и метрологическое обеспечение для радиопередающих устройств широкополосных аттенюаторов, многоканальных коммутаторов и фазовращателей. Это позволило многократно увеличить уровень допустимой мощности СВЧ сигнала, реализовать многофункциональные управляемые устройства и обеспечить высокое качество согласования в полосе частот, приближающейся к предельно достижимой.

Основные публикации по теме диссертации

1. Разинкин В П. Анализ нелинейных явлений в СВЧ аттенюаторах на р — 1 — п - диодах // Известия вузов Радиоэлектроника, 1980. Том 23, № 3. - С 78 -81.

2. Разинкин В.П. Балансный модулятор СВЧ с отрицательной обратной связью по огибающей // В сб.: Полупроводниковая электроника в технике связи. Под ред. И Ф Николаевского Вып. 23. М.: Радио и связь. 1983.- С 78 - 82.

3. Разинкин В.П. Широкополосные поту проводниковые СВЧ аттенюаторы мостового типа // Известия вузов. Радиоэлектроника, 1985. Том 28, № 10. С. 74-78.

4. Разинкин В П. Компенсация емкостей полупроводниковых диодов в СВЧ аттенюаторах // Известия вузов. Радиоэлектроника, 1987. Том 30, № 10. С. 77-79

5. Разинкин В.П, Перлин Б.Г. Методика расчета СВЧ переключателя на основе структуры квазиполиномиального полосно-пропускающего фильтра // Известия вузов. Радиоэлектроника, 1988 Том 31, № 10. С. 73 - 74.

6 Перлин Б.Г., Разинкин В П. Дискретные СВЧ устройства с параллельно последовательным включением элементов // Известия вузов. Радиоэлектроника, 1990, № 10. С. 90 -92.

7. Разинкин В.П., Перлин Б.Г. Дискретный СВЧ фазовращатель // Известия вузов Радиоэлектроника, 1991, № 3. С 94-96.

8. Хрусталев В.А., Матвеев С.Ю , Рубанович М.Г., Разинкин В.П. Синтез симметричных фильтров с диссипативными потерями // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск- НГТУ. - 2001 -№ 1(10). - С. 20- 30

9. Матвеев С.Ю . Разинкин В.П. Микрополосковый фильтр СВЧ // Известия вузов. Радиоэлектроника, 2001. Том 44, № 7-8. С. 38 - 41.

10, Деггярь Г.А., Разинкин В.ШПонижающий трансформатор на линиях с произвольным коэффициентом трансформации // Известия вузов; Радиоэлектроника, 2003; Том 46, № 5-6, С. 77 - 80, ■

11, Рояк М.Э., Соловейчик Ю.Г., Разинкин В.П. Конечноэлементное моделирование тепловых полей в СВЧ резисторах, выполненных по пленочной технологии // Научный вестник НГТУ. ~ Новосибирск: НГТУ. - 2003, № 1. С. I - 6.

12, Соловейчик Ю.Г., Рояк М.Э;, Корытный Е.Б;, Разинкин В.П, Применение векторного метода конечных элементов для анализа электромагнитного поля в согласованных плёночных СВЧ резисторах // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. Санкт-Петербург, 2003, № 3. - С. 71 - 79.

13, Деггярь Г.А., Разинкин В.П. Электрическая цепь со свойствами понижающего трансформатора на линиях // Радиотехника, 2004, № 4. С. 45 - 48.

14, Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А., Разинкин В.П. Синтез широкополосных СВЧ аттенюаторов на основе частотно-избирательных цепей с диссипатив-ными потерями // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. Санкт-Петербург, 2003, № 4, С. 71- 78.

15, Абденов А.Ж., Матвеев С.Ю., Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А. Векторно-параметрический метод расчёта межэлектродных емкостей коммутационных СВЧ диодов // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ, -2003, №3(21), С, 27-36,

16, Абденов А.Ж., Матвеев С.Ю., Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А. Вывод соотношения для расчета декомпозиционных индуктивных параметров плёночных резисторов > // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ.-2003, № 3(21), С. 81-88;

17, Рубанович М.Г., Горбачёв А.П., Разинкин В.П. Математическая модель электромагнитных процессов впланарных плёночных резисторах // Известия высших учебных заведений Рбссии. Радиоэлектроника, Санкт-Петербург, -2003. № 3, С. 61 - 70,

18, Разинкин В.П., Матвеев С,Ю, Спектральный анализ СВЧ устройств с нелинейными комплексными элементами // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск: НГТУ, г- 2006, - № 1(22), С, 68 - 78,

19, Разинкин В.П. Нелинейный анализ управляемых СВЧ устройств методом гармонического баланса // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск: НГТУ.

- 2006. - № 1(22), С. 22-29.

20, A.c. 756603 РФ: Н 03 С 1/54;'Балансный модулятор /Б.Г, Перлин, В.П, Разинкин.-Опубл. 15,08.80 в БИ№ 30; '

21, A.c. 987723. РФ: Н01.Р 1/22, Дифференциальный сверхвысокочастотный аттенюатор / В.П, Разинкин, - Опубл. 07.01.83 в БИ № 1.

22, A.c. 1345275 РФ: Н01 Р 1/22. Аттенюатор / В.П. Разинкин, В.М, Мерен-ков.—Опубл; 15.10.87 в БИ № 38;

23, А,с. 1525776 РФ: 1101 Р 1/15. Полосковый выключатель / В.П, Разинкин, Б.Г. Перлин,-Опубл, 30.11.89 в БИ№ 44.

241 A.c. 1626276 РФ: Н01Р 1/22, Аттенюатор/В.П. Разинкин, Б.Г. Перлин.

- Опубл. 07.02:9 Г в БИ № 5.

25. А.с. 1658240 РФ: HOI Р 1/15. Выключатель / В П. Разинкин, В.И Осипенко. - Опубл. 23.06.91 в БИ № 23.

26. А.с. 1681347 РФ: Н01 Р 1/22. Управляемый аттенюатор / В.П. Разинкин, Г.А. Дегтярь. - Опубл. 01.06.91 в БИ № 21.

27. А.с. 1775765 РФ: Н01 Р 1/22. Электрически управляемый аттенюатор / В.П. Разинкин, Б.Г. Перлин. - Опубл. 15.11.92 в БИ № 42.

28. А.с. 1817162 РФ: Н01 Р 1/15. Выключатель / В.И. Осипенко, В.П. Разинкин. - Опубл. 23.05.93 в БИ№ 19.

29. Патент 2174737 РФ: 7 Н03 Н 7/12, Н 01 Р 1/20. Полосно-пропускающий СВЧ фильтр / В.А. Хрусталёв, Ю.В. Востряков, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович. - Опубл. 10.10.01 в БИ№ 28.

31. Патент 2175810 РФ: 7 Н 03 Н 7/38, Н 01 Р 5/02. Трансформирующее устройство/ Г.А. Деггярь, В.П. Разинкин. - Опубл. 10.11.01 вБИ№31.

30. Патент 2185693 РФ: 7 Н 01 Р 1/20, 7/00. Узкополосный СВЧ фильтр / Матвеев С.Ю., Разинкин В.П. - Опубл. 20.07.02 в БИ № 20.

32. Патент 2195053 РФ: Н 01 Р 1/15. Выключатель / С. Ю. Матвеев, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталёв. - Опубл. 20.12.02 в БИ № 35.

33. Разинкин В.П., Белотелое В.В., Филатов А.В. Принципы построения полосовых фильтров с заданными частотами режекции // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Международная конференция НТОРЭС им. А.С. Попова. Новосибирск, 1997. - С. 138.

34. Разинкин В.П., Белотелов В. В. Новые принципы построения полосовых фильтров СВЧ // Труды 4-ой международной конференции АПЭП-98, Том 10, Радиотехника. Новосибирск, 1998. - С.133 - 136.

35. Разинкин В.П., Белотелов В.В., Фадеева Л.В. Полосовые фильтры ДМВ диапазона // Материалы международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1999. - С. 78 -79.

36. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Узкополосные СВЧ фильтры с четвертьволновыми связями // Труды международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения», Новосибирск, АПЭП-2000, гом 7. - С. 134-135.

37. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Узкополосные филыры с малыми прямыми потерями // Труды международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения», Новосибирск, АПЭП-2000, том 7. - С. 131 -133.

38. Разинкин В.П., Белотелов В.В. Высокоизбирательные фильтры СВЧ // Proceeding IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'1997). - Novosibirsk: NSTU. - 1997. P. 120- 121.

39. Razinkin V., Matvejev S., Rubanovitch M., Khrustalev V. Broad microwave attenuator // Proceeding of 3th IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'2001), - Novosibirsk: NSTU, 2001. - P. 45 - 48 [Широкополосный СВЧ аттенюатор].

40. Razinkin V., Matvejev S., Rubanovitch M., Khrustalev V. High-power microwave semiconductor controlling devices // Proceeding of 3th IEEE-Russia confer-

ence Microwave electronics (MEMIA'2001). - Novosibirsk: NSTU, 2001. - P. 26 -29 [Полупроводниковые управляемые СВЧ устройства высокого уровня мощности],

41. Rubanovitch М., Razinkin V., Khrustalev V., Matvejev S, Amplitude versus frequency response characteristic correction of band pass filter with losses // Proceeding of 3 IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'2001). -Novosibirsk: NSTU, 2001, - P. 49 - 51 [Коррекция искажений АЧХ полосно-пропуекающих фильтров с потерями], 1

42. Rubanovitch M.G., Razinkin V.P,, Khrustalev, V.A., Matvejev S,J. Calculation of geometrical parameters of high-power film loads // Proceeding of Iй Russian-Korean International Symposium on Applied Mechanic's, - Novosibirsk: NSTU,

2001, October 2-4. P. 71 - 72 [Расчёт геометрических параметров мощных плёночных нагрузок].

43. Rubanovitch M.G., Razinkin V.P,, Khrustalev V.A., Matvejev S.J, Two-dimensional model of the microwave distributed films of load // Proceeding of 6lh Russian-Korean International Symposium on Science and Technology, - Novosibirsk: NSTU, 2002, June 24-30. P. 385 - 387 [Двумерная модель СВЧ распределённой плёночной нагрузки],

44. Рубенович М.Г., Разинкин В.П., Хрусталёа В.А., Матвеев С.Ю, Электродинамическая модель микрополоскового СВЧ резистора // Материалы международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» Новосибирское областное научно-техническое общество радиотехники электроники и связи имени А.С. Попова. Новосибирск, 2002, С. 168, ,

45. Рубенович М.Г., Разинкин В.П., Хрусталёв В,А., Геллер В,М„ Мищенко С.В, Исследование температурных режимов плёночных СВЧ резисторов // Материалы VI международной конференции. Актуальные проблемы электронного приборостроения, Новосибирск, 2002, том 4, С. 176 -181.

46. Khrustalev V.,. Rubanovitch М„ Razinkin V. Synthesis of filtering and matching circuits with losses //Proceeding of 5lh Korea-Russia International Symposium on science and technology, - Tomsk: Tomsk Polytechnic University, 2001. - P, 89 — 91 [Синтез фильтрующих и согласующих цепей с потерями],

47. Rubanovith М., Razinkin V., Khrustalev V., Vostrjakov J, Account of inductance of strip conductors // Proceeding .of. 4'" International conference on actual problems of electronic instrument engineering proceedings, - Novosibirsk, APBIE-

2002, v.l; -P. 178- 182 [Расчёт индуктивности полосковых проводников],

48. Ruban6vitch M.G., Razinkin V.P.,.Khrustalev, V.A,, Vostrjakov J.V. Simulation of electromagnetic process in microwave film resistors // Proceeding « of 3^ IEEE-Russia conference Microwave electronics. (MEMIA'2003). Novosibirsk: NSTU. - 2003.'- P. 43 - 48 [Моделирование электромагнитных процессов в СВЧ плёночных резисторах]. ■ ••,

49. Razinkin V.P., Rubanovitch M.G., Fadeeva L.V., Beioteiov V,V, Highpower microwave semiconductor commutator // Proceeding of 3lh IEEE-Russia con-

ference Microwave electronics (MEMIA'2003). Novosibirsk: NSTU. - 2003. - P. 49 - 51 [Мощный полупроводниковый СВЧ коммутатор].

50. Востряков Ю.В., Рубанович М.Г., Хрусталев В.А., Разинкин В.П. Многоэлементные измерительные плёночные аттенюаторы для телевизионных передатчиков // Материалы международной научно-технической конференции «Измерение, Контроль, Информатизация». Барнаул, 2003. С. 86 - 90.

51. Razinkin V.P., Rubanovitch M.G., Khrustalev, V.A., Vostrjakov J.V. Semiconductor microwaves switchboards for telecommunication systems // Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM 2003 301 Annual IEEE Catalog No 03EX664 ISBN 5-7782-0412-4. P. 109 - 111 [Полупроводниковый СВЧ переключатель для телекоммуникационных систем].

52. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталев В.А. Полупроводниковые СВЧ выключатели инверсного типа // Международный форум, новые информационные технологии. Новосибирск 23 - 24 сентября, 2003. Том 2, Информатика и проблемы телекоммуникаций. С. 234 — 235.

53. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталев В.А. Критерий щирокополосности полупроводниковых СВЧ коммутаторов большой мощности // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская научно — техническая конференция. Новосибирск 2004. Том 1. С. 153 — 154.

54. Razinkm V.P., Rubanovitch M.G., Khrustalev V.A., Vostrjakov J.V., Mat-veev S.J. Calculation interelectrode capacity of commutative microwaves diodes // АПЭП - 2004: Труды 7 международной научно-технической конференции -Новосибирск: НГТУ, 2004. - Т. 1. - С. 104 - 106 [Расчёт межэлектродной ёмкости коммутационных СВЧ диодов].

55. Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталев В.А., Разинкин В П. Проектирование и исследование широкополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов на мощности рассеяния до 2000 Вт // АПЭП - 2004: Труды 7 международной научно-технической конференции - Новосибирск: НГТУ, 2004. - Т.4. - С. 90 -93.

56. Васильчик М.Ю., Рубанович М Г., Востряков Ю.В , Хрусталев В.А. Разинкин В.П. Парциальное распределение ёмкости в поперечном сеченни регулярной микрополосковой линии // АПЭП - 2004: Труды 7 международной научно-технической конференции - Новосибирск: НГТУ, 2004. - Т.4. - С. 94 -99.

57. Рубанович М.Г., Востряков Ю.Г, Хрусталев В.А , Абденов А Ж, Разинкин В.П. Расчёт параметров двумерной эквивалентной схемы пленочного резистора // Электронные средства и системы управления. Международная научно — практическая конференция. Томск, 6 — 8 октября 2004. С. 85 - 87.

58. Разинкин В П., Рубанович М.Г., Матвеев С.Ю., Хрусталёв В А. Нелинейный анализ управляемых СВЧ устройств спектральным методом // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская научно-техническая конференция. Материалы конференции, том 1. Новосибирск, 2005. С. 174 - 175.

59. Razinkin V.P., Matveev S.J., Khrustalyov V.A., Rubanovich M.G. An Analysis of nonlinear Effects in semiconductor microwaves Devises with a Method of functional Sequences // The 9"' Russian-Korean International Symposium on Sci-

ence and Technology. KORUS-2005. 26th June - 2nd July 2005, Novosibirsk State Technical University. Russia: PI 794 - 799 [Анализ нелинейных эффектов методом функциональых рядов в полупроводниковых СВЧ устройствах].

60." Vostijakov J.V., Matveev S.J., Khrustalyov V.A.; Rubanovich M.G.; Raz-inkin V.Pl Modular Microwave attenuates on Power up to 1,2 kW // The 9th Russian-Korean International Symposium on Science and [Technology, KORUS-2005. 26'h June - г™1 July ,2005. Novosibirsk State. Technical University. Russia. P. 816-818 [Модульный СВЧ аттенюатор на мощность до 1,2 кВт],

61. Разинкин В,Щ Силкачёв С.А. Нелинейный анализ управляющих СВЧ устройств спектральным методом // Современные проблемы Радиоэлектроники: Сб. научных трудов, Под ред, А.И. Громыко,-А.В. Сарафанова. Красноярск: ИПУ КГТУ; 2005. С. 250 - 251. '

62. Разинкин В.П., Рубенович М.Г„ Матвеев С.Ю., Хрусталёв В.А. Анализ нелинейных искажений в полупроводниковых СВЧ устройствах // 3 международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», Томск, 12-14 октября 2005.' Часть 1, С. 158 - 161.

' 63. Vostrjakov J.Y., Matveev S.J., Khrustalyov V.A., Rubanovich M.G., Va-silchic M.J;, Razinkin V.P. Calculation of a High Frequency Rectangular Film Resistor Inductance // Fifth IEEE-Russia International Conference 2005 Microwave Electronics: Measurements, Identification, Applications. (MEMW2005) 12-15 December, 2005, Novosibirsk; Russia. P. 87 - 92 [Расчёт индуктивности СВЧ плёночных резисторов прямоугольной формы].

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр К. Маркса, 20,

тел./факс (383) 346-08-57 формат 60x84/16, объем 2,75 пл., тираж 100 экз., заказ № 1011, подписано в печать 30.08.06 г.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ

СВЧ УСТРОЙСТВ.

1.1. Управляемые СВЧ устройства и их применение.

1.2. Полупроводниковые управляющие элементы.

1.3. Схемное построение и характеристики управляемых СВЧ устройств

1.4. Выводы.

2. ОБОБЩЁННАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ УУ СВЧ

ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ.

2.1. Методы повышения максимально допустимой СВЧ мощности

2.2. Обобщённая концепции построения УУ СВЧ высокого уровня мощности.

2.3. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ

В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ СЕКЦИЯХ

3.1. Нелинейный анализ управляемых секций методом гармонического баланса.

3.2. Нелинейные процессы в управляемой секции с последовательно включенным p-i-n- диодом.

3.3. Анализ переходных процессов в управляемых секциях

• на -7-я-диодах.

3.4. Спектральный анализ управляемых секций на основе управляющих элементов с комплексной нелинейностью

3.5. Выводы.

4. ВЕКТОРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЁТА ЕМКОСТЕЙ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1. Применение векторно-параметрического метода расчёта потенциала заряженного электрода

4.2. Расчёт межэлектродной ёмкости управляющих элементов с электродами дисковой формы.

4.2.1. Расчёт емкости управляющих элементов с учётом конечной толщины дисковых электродов.

4.2.2. Приближённый расчёт ёмкости управляющих элементов с бесконечно тонкими дисковыми электродами

4.2.3. Влияние межэлектродной ёмкости на полосу рабочих частот и максимальную мощность

4.3. Расчёт ёмкости управляющих элементов с электродами прямоугольной формы

4.3.1. Ёмкость системы двух прямоугольных электродов конечной толщины.

4.4. Расчёт межэлектродной ёмкости управляющих элементов с кольцевой формой электродов.

4.5. Выводы

5. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СОГЛАСУЮЩЕ-КОМПЕНСИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ НА ОСНОВЕ ФИЛЬТРОВЫХ СТРУКТУР.

5.1. Компенсация влияния емкости управляющих элементов с помощью сосредоточенных фильтров нижних частот

5.2. Компенсация влияния емкости управляющих элементов с помощью сосредоточенных полосно-пропускающих фильтров

5.3. Компенсация влияния емкости управляющих элементов с помощью полураспределённых полосно-пропускающих структур

5.4. Синтез согласующе-компенсирующих структур с учётом диссипативных потерь

5.5. Синтез согласующе-фильтрующих структур распределённого типа с учётом диссипативных потерь.

5.6. Выводы.

6. СИНТЕЗ КОМПЕНСИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ТРАНСФОРМАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ

6.1. Синтез компенсирующих цепей на основе ФНЧ, ФВЧ и понижающих трансформаторов Нортона.

6.2. Синтез компенсирующих цепей на основе ППФ, ФВЧ и понижающих трансформаторов Нортона

6.3. Синтез компенсирующих цепей на основе ППФ и повышающих трансформаторов Нортона

6.4. Синтез компенсирующих цепей на основе ППФ с высоким характеристическим сопротивлением

6.5. Синтез трансформирующих схем компенсации, выполненных на отрезках линий передачи

6.6. Применение рядов Фурье для параметрического синтеза трансформирующих схем компенсации на отрезках линий передачи.

6.7. Синтез трансформирующей схемы компенсации на отрезках линий передачи с короткозамкнутыми корректирующими шлейфами

6.8. Выводы . . . •

7. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ И ФАЗОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

7.1. СВЧ аттенюаторы повышенной мощности на основе направленных ответвителей.

7.2. Полупроводниковые СВЧ аттенюаторы мостового типа

7.3. Полупроводниковые управляемые устройства сантиметрового и миллиметрового диапазона.

7.4. Широкополосные аттенюаторы на сосредоточенных элементах

7.5. Переключатели и коммутаторы высокого уровня мощности

7.6. Полупроводниковые СВЧ коммутаторы инверсного типа

7.7. Дифференциальные СВЧ фазовращатели.

7.8. СВЧ фазовращатели на основе перестраиваемых фильтров

7.9. Дискретное изменение параметров в управляемых СВЧ устройствах

7.10. Выводы

Актуальность проблемы. Развитие современных систем радиолокации, радионавигации, подвижной радиосвязи, глобальных телекоммуникаций, цифрового телевидения и радиовещания, а также радиоизмерительных систем характеризуется интенсивным проведением теоретических и экспериментальных исследований в области разработки полупроводниковых СВЧ устройств различного назначения. В общем случае, по выполняемой функции полупроводниковые устройства можно разделить на два больших класса: 1) усилительные и генераторные; 2) устройства управления амплитудой и фазой высокочастотнаых колебаний, или управляемые СВЧ устройства (УУ СВЧ). Необходимо отметить, что на основе УУ СВЧ могут быть также реализованы устройства сдвига частоты за счёт применения квадратурной балансной модуляции или фазовращателей с линейной характеристикой управления. Особенно актуальным является использование УУ СВЧ для получения цифровых видов модуляции. Анализ технических параметров УУ СВЧ, достигнутых на сегодняшний день, показывает, что основными тенденциями их развития являются: повышение мощности входного высокочастотного сигнала; улучшение качества согласования; расширение полосы рабочих частот; увеличение динамического диапазона изменения управляемых параметров; обеспечение требуемого уровня подавления высших и комбинационных гармонических составляющих; применение цифровых методов для дискретного изменения управляемых параметров; повышение быстродействия; уменьшение массогабаритных показателей и интегральная микроминиатюризация. В настоящее время в ведущих европейских странах, США, в странах юго-восточной Азии и в Китае резко возрос объём исследований, практических разработок и публикаций по проблеме построения УУ СВЧ высокого уровня мощности. В России также проводятся аналогичные исследования многими научно-исследовательскими институтами, предприятиями, вузами и научно-производственными фирмами. Тем не менее, имеется острая потребность в управляемых устройствах, обеспечивающих совместную работу приёмо-передающих трактов фазированных антенных решёток с большой мощностью излучения. Широкополосные УУ СВЧ необходимы для построения измерительного оборудования, используемого для настройки и проверки параметров радиовещательных и телевизионных передатчиков. Управляемые устройства востребованы операторами связи для реализации цифровых модуляторов и компенсаторов нелинейных искажений в усилительных трактах дециметрового и сантиметрового диапазона, а также для подключения резервных блоков. Однако, перечисленные выше потребности сдерживаются отсутствием управляемых устройств нового поколения, способных работать в предельно широкой полосе частот на уровне входной мощности до (1-J-2) кВт в непрерывном режиме.

Таким образом, создание УУ СВЧ высокого уровня мощности является актуальной проблемой и требует дальнейшего обобщения и систематизации концептуальных принципов построения, а также обуславливает необходимость разработки новых адекватных методов анализа и синтеза управляемых устройств различного вида, реализованных в базисе сосредоточенных и распределённых элементов.

В данной работе обобщены научно-технические и патентные исследования, выполненные автором на протяжении ряда лет в Новосибирском государственном техническом университете по проблеме создания широкополосных управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности.

Целью работы является развитие теоретических основ и практики построения полупроводниковых управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности, широкополосные свойства которых близки к предельно достижимым.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач.

1. Обоснование и разработка обобщённой концепции построения мощных многоканальных УУ СВЧ на основе делителей мощности и управляемых секций, содержащих сосредоточенные и распределённые элементы в виде одномерных и двумерных линий передачи различного типа.

2. Разработка спектральных методов анализа нелинейных явлений в У У СВЧ, позволяющих учитывать инерционные свойства и комплексную нелинейность управляющих элементов, работающих в режиме динамического смещения на повышенном уровне мощности входного высокочастотного сигнала

3. Развитие теории фильтров применительно к построению симметричных цепей компенсации влияния межэлектродной емкости мощных управляющих элементов, обеспечивающих заданную трансформацию характеристического сопротивления и выполненных на основе каскадного соединения фильтровых структур различного вида с перекрывающимися областями полос пропускания.

4. Разработка критериев для оценки эффективности широкополосных свойств сосредоточенных и полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов сосредоточенного типа по отношению к предельно достижимой полосе частот при заданном уровне входной мощности.

5. Разработка новых схемотехнических, конструктивных и технологических решений для построения мощных широкополосных управляемых секций с параллельным и последовательным включением управляющих элементов.

6. Разработка конструктивных и технологических решений для построения аттенюаторов, фазовращателей и управляемых делителей мощности сантиметрового диапазона, содержащих планарные резонаторы с высокой электрической прочностью.

7. Разработка принципов построения и новых схемных решений мощных широкополосных СВЧ коммутаторов инверсного типа с использованием фазированных компенсационных режекторных структур, обеспечивающих большую величину вносимого затухания в режиме выключения.

8. Разработка принципов построения УУ СВЧ повышенной мощности с цифровым управлением на основе параллельно-последовательного включения управляющих элементов с дискретным изменением управляемого параметра в большом динамическом диапазоне.

Методы исследований. Решение перечисленных выше задач выполнено с применением: теории матриц и ориентированных графов; теории функций комплексного переменного, включая преобразование Фурье и его свойства; теории дифференциальных уравнений в частных производных; теории рядов; дифференциального и интегрального исчисления; асимптотических методов определения значений функций и интегралов; методов оптимизации. Кроме того, в работе используется теория цепей, теория электромагнитного поля, теория фильтров, метод декомпозиции, метод синфазного и противофазного возбуждения, метод характеристических параметров.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена результатами теоретических и экспериментальных исследований, а также созданием широкого класса СВЧ аттенюаторов, переключателей и фазовращателей большой мощности, внедрённых в различные радиотехнические системы и комплексы.

Научная новизна. Научная новизна результатов работы состоит в следующем.

1. Предложена обобщённая концепция многоканального построения широкополосных управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности на основе базового двухканального модуля, содержащего делитель мощности, суммарно-разностное устройство, фазосдвигающие четырёхполюсники и управляемые секции с цепями компенсации влияния межэлектродной ёмкости и индуктивности выводов управляющих полупроводниковых элементов сосредоточенного типа. Концепция ориентирована на реализацию полосы частот, приближающуюся к предельно достижимой полосе частот, и позволяет за счёт принципа вложения, декомпозиции и каскадного соединения нескольких управляемых секций описать все схемотехнические реализации УУ СВЧ.

2. Разработан спектральный метод анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях с инерционными р-г-п- структурами, основанный на дифференциальных уравнениях непрерывности для двух взаимодействующих переходов и позволяющий устранить квазистатические ограничения зарядовой модели p-i-n- диода.

3. Разработан быстродействующий метод спектрального анализа для управляемых секций на основе применения функциональных рядов и законов теории цепей, позволивший впервые исследовать режим динамического смещения, обусловленный проявлением детекторного эффекта в полупроводниковых управляющих элементах с комплексной нелинейностью при повышенном уровне высокочастотного сигнала.

4. Предложен оригинальный векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых приборов с различной формой электродов конечной толщины, учитывающий краевые эффекты, неравномерное распределения заряда на внутренних и внешних поверхностях электродов и их несимметричное расположение относительно друг друга.

5. Определена предельно достижимая полоса частот сосредоточенных и полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости управляющих элементов, являющаяся критерием для оценки эффективности широкополосных свойств компенсирующих структур различного вида с заданным значением характеристического сопротивления в плоскости симметрии.

6. Развита теория фильтров в виде: а) метода синтеза полураспределённых фильтровых цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости и индуктивности выводов управляющих элементов на основе сосредоточенного прототипа; б) итерационного метода синтеза корректирующих цепей для компенсации искажений амплитудно-частотных характеристик симметричных частотно-избирательных структур, обусловленных диссипатив-ными потерями; в) метода синтеза согласующе-трансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости и индуктивности выводов управляющих элементов, основанного на трансформации характеристического сопротивления сосредоточенных и полураспределённых фильтровых структур с перекрывающимися областями полос пропускания.

7. Сформулированы правила построения широкополосных УУ СВЧ высокого уровня мощности, выполненных на основе последовательного включения управляемых секций, в которых отдельные элементы подключаются параллельно друг другу для дискретного изменения управляемого, параметра.

8. Синтезированы новые с хорошей физической реализуемостью элементов схемы широкополосных СВЧ коммутаторов, аттенюаторов и фазовращателей, большой мощности, в том числе мостового и инверсного типа, широкополосные свойства которых близки к предельно достижимым.

Практическая значимость работы. На основе предложенной концепции разработаны, созданы и внедрены на ряде предприятий широкополосные аттенюаторы, многоканальные управляемые делители, коммутаторы и фазовращатели, работающие на уровне мощности до 1,2 кВт. Эффективность широкополосных свойств разработанных УУ СВЧ в соответствии с предложенными в работе критериями составляет (70ч- 80)%.

Повышение допустимой мощности входного высокочастотного сигнала и расширение полосы рабочих частот достигнуто за счёт нового подхода, заключающегося в создании управляемых секций на основе широкополоеных сосредоточенных и полураспределённых структур с большим коэффициентом трансформации характеристического сопротивления, что обеспечило возможность параллельного включения нескольких мощных управляющих элементов.

Разработаны и экспериментально исследованы новые конструкции широкополосных СВЧ аттенюаторов, переключателей, управляемых делителей мощности и фазовращателей для диапазона частот 0,02ч-12 ГГц, выполненных на основе сосредоточенных элементов, полосковых и щелевых линий передачи, в которые включены управляющие элементы и планарные резонаторы с распределённой связью. Предложенные схемотехнические и конструктивные решения органично вписываются в технологию гибридных и многослойных плёночных интегральных микросхем.

Наряду с повышением уровня входной мощности практическая значимость работы заключается также в комплексном улучшении технических характеристик вновь созданных УУ СВЧ. Разработанные устройства управления амплитудой и фазой высокочастотных колебаний отличаются: 1) повышенной допустимой мощностью входного сигнала за счёт комбинированного использования управляющих элементов и дополнительных плёночных резисторов; 2) многофункциональными возможностями, то есть реализацией на основе одной конструкции трёх устройств - аттенюатора, выключателя и фазового манипулятора; 3) уменьшенными в 2ч-3 раза массогабаритными показателями; 4) высокой технологичностью СВЧ блоков и схем управления, достигнутой за счёт обеспечения режима качественного согласования при произвольных, но одинаковых токах или напряжениях, подводимых к управляющим элементам; 5) высокой точностью дискретного изменения управляемого параметра в широкополосных аттенюаторах (0,2 дБ) и фазовращателях (5°), предназначенных для СВЧ систем с цифровым управлением.

Создано программное обеспечение для расчёта спектра выходного сигнала мощных УУ СВЧ, содержащих нелинейные инерционные управляющие элементы и элементы с комплексным характером нелинейности.

Новизна технических решений подтверждается отечественными патентами и авторскими свидетельствами на изобретения, а также актами внедрения на ряде ФГУП России и предприятий со смешанной формой собственности, производящих радиотехническую, радиовещательную и передающую телевизионную аппаратуру.

Реализация результатов работы. Под руководством и при непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Широкополосные аттенюаторы, управляемые делители и переключатели повышенной мощности сантиметрового диапазона (НИИ автоматических систем, г. Москва, участие в хоздоговорных работах по разработке и созданию УУ СВЧ, 1983-1990 г.).

2. Коммутатор СВЧ сигналов большой мощности (ОАО «Институт прикладной физики», г. Новосибирск).

3. СВЧ коммутаторы высокого уровня мощности, многоканальные СВЧ измерительные аттенюаторы (ООО «НПП Триада-ТВ», г. Новосибирск).

4. Шестиканальные измерительные аттенюаторы на уровень входной мощности 30 Вт (ЗАО «МИКРОТЕК», г. Новосибирск).

5. Многоканальный СВЧ аттенюатор дециметрового диапазона на уровень входной мощности 1,2 кВт (государственное унитарное предприятие «ПРОМСВЯЗЬ», г. Алматы).

6. Ступенчатый СВЧ аттенюатор метрового диапазона на уровень входной мощности 1 кВт (ОАО «Мощная аппаратура радиовещания и телевидения», г. Санкт-Петербург).

7. Двухканальный СВЧ аттенюатор дециметрового диапазона на уровень входной мощности 500 Вт (ООО «Алмаз-Антей Телекоммуникации», г. Москва).

8. Новосибирский государственный технический университет, кафедра теоретических основ радиотехники. Внедрено в учебный процесс программное обеспечение для расчёта спектральных компонент в широкополосных управляемых секциях.

Документы о внедрении разработанных устройств приведены в приложении к диссертационной работе.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете, в научно-исследовательской работе студентов, при подготовке магистерских диссертаций, в дипломном проектировании и в материалах лекционных курсов «Электроника» и «Основы аудио-видеотехники». С использованием результатов диссертационной работы для студентов специальностей 210302 -«Радиотехника» и 210402 - «Средства связи с подвижными объектами» изданы учебно-методические пособия: «Радиотехнические цепи и сигналы. Задачи и задания» (Москва, ИНФРА-НГТУ, 2003 г.), «Основы электроники» (НГТУ, 2006 г.).

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщённая концепция многоканального построения широкополосных управляемых СВЧ устройств позволяет реализовать все существующие способы повышения уровня входной мощности за счёт использования базового двухканального модуля, содержащего делитель мощности, суммарно-разностное' устройство, фазосдвигающие четырёхполюсники и управляемые секции.

2. Спектральный метод анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях на p-i-n- диодах, основанный на физико-топологической модели двух взаимодействующих переходов p-i-n - структуры и уравнениях гармонического баланса, обеспечивает высокую адекватность определения гармоник в широком диапазоне частот при большом уровне высокочастотного сигнала.

3. Метод расчёта спектральных составляющих в управляемых секциях, основанный на использовании функциональных рядов и законов теории цепей, позволяет описать режим динамического смещения, проявляющийся при достаточно большом уровне входного высокочастотного сигнала на полупроводниковых управляющих элементах, в том числе с комплексной нелинейностью.

4. Векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых управляющих элементов, основанный на использовании функции поверхностной плотности заряда, удовлетворяющей граничным условиям, применим для системы электродов трёхмерной формы.

5. Установленные значения предельно достижимой полосы частот сосредоточенных и полураспределённых цепей, предназначенных для компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов, являются критерием эффективности широкополосных свойств существующих и вновь создаваемых управляемых устройств.

6. Метод синтеза широкополосных полураспределённых фильтровых цепей компенсации влияния межэлектродной емкости и индуктивности выводов управляющих элементов, в основе которого лежит использование сосредоточенного прототипа, позволяет в 2 раза уменьшить массогабаритные параметры.

7. Итерационный метод синтеза корректирующих цепей для симметричных частотно-избирательных структур обеспечивает компенсацию искажений их амплитудно-частотных характеристик, обусловленных диссипа-тивными потерями, с минимальным значением начального затухания.

8. Метод синтеза согласующе-трансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной емкости и индуктивности выводов управляющих элементов, основанный на трансформации характеристического сопротивления сосредоточенных и полураспределённых фильтровых структур с перекрывающимися областями полос пропускания, позволяет реализовать любое заданное значение коэффициента трансформации.

9. Правила построения УУ СВЧ, выполненных на основе последовательного включения нескольких управляемых секций, в которых для реализации дискретного изменения управляемого параметра отдельные элементы подключаются параллельно друг другу, позволяют синтезировать широкополосные устройства с максимально достижимым уровнем входной мощности.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на международных, Всероссийских и региональных конференциях: «Опыт применения автоматизации проектирования интегральных приборов СВЧ» (Киев - 1988); III- Сибирская научно-практическая конференция «Сибметрология - 2001» (Новосибирск - 2001); «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (Томск - 2005); «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск - 1996, 1997, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2005); «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск - 1996, 1998, 2000, 2002,2004); «Микроволновая электроника» (Новосибирск -1997,2001, 2003, 2005); Российско-Корейская международная конференция - KORUS (Томск -2001, Новосибирск - 2001, 2002, 2005); «Электронные средства и системы управления» (Томск - 2004, 2005), «Измерения, контроль, информатизация» (Барнаул - 2003).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 73 научные работы. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 63 научных работах: в 18 статьях в центральных периодических журналах и изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций; в одной статье в ведущем научном периодическом издании; в 32 статьях и докладах в сборниках трудов международных и Российских научнотехнических конференций; в описаниях 4 патентов и 9 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 198 наименований, и приложения. Работа изложена на 355 страницах основного текста, иллюстрируется 159 рисунками, содержит 5 таблиц.

7.10. Выводы

1. В данном разделе рассмотрены экспериментально исследованные конструкции широкополосных УУ СВЧ высокого уровня мощности, выполненные на p-i-n - диодах, варакторах и плёночных резисторах. Разработанные аттенюаторы, переключатели и фазовращатели имеют полосу рабочих частот, приближающуюся к предельно достижимой полосе частот компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов.

2. Предложенные схемы мостовых аттенюаторов за счёт одновременного использования балластных плёночных резисторов и управляющих элементов способны работать при большом уровне мощности входного высокочастотного сигнала в дециметровом и сантиметровом диапазоне. Существенной особенностью разработанных конструкций согласованных непрерывных аттенюаторов и фазовращателей является подведение ко всем управляющим элементам одинаковых сигналов управления. Это позволяет использовать рассмотренные устройства в системах с цифровым управлением и цифровыми методами модуляции.

3. За счёт применения щелевых и полосковых линий передачи эффективно решена проблема подведения управляющих сигналов и напряжений смещения к полупроводниковым приборам в сантиметровом и миллиметровом диапазоне. Предложенная конструкция планарных резонаторов обеспечивают работу управляемых секций в полосе частот до 40%. При небольших габаритных размерах планарные резонаторы имеют высокую электрическую прочность и позволяют работать в сантиметровом диапазоне длин волн на уровне коммутируемой мощности до сотен Вт.

4. На основе управления видом фильтровых структур разработаны широкополосные инверсные УУ СВЧ, отличающиеся высокой технологичностью и удобством подведения управляющих сигналов. Создание фильтровых полосно-запирающих структур с несколькими частотами режекции, симметрично расположенными относительно центральной частоты, позволило обеспечить в инверсных выключателях потери запирания более 40 дБ в полосе частот до 30%.

5. Сформулированы правила построения УУ СВЧ с дискретным изменением управляемого параметра, которые дают возможность минимизировать прямые потери и обеспечить высокое качество согласования, что является необходимым условием для работы на высоком уровне мощности.

332

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с общей целью, поставленной в начале исследования, в данной работе получены следующие новые теоретические и практические результаты.

1. Разработана обобщённая концепция многоканального построения широкополосных устройств управления амплитудой и фазой высокочастотных колебаний большой мощности. Предложенная концепция позволяет на основе двухканального универсального управляемого модуля, содержащего делитель, фазосдвигающие четырёхполюсники, суммарно-разностное устройство и управляемые секции многократно наращивать мощность входного СВЧ сигнала при обеспечении равномерной формы АЧХ и высокого качества согласования в большом динамическом диапазоне изменения управляемого параметра.

2. Разработан адекватный метод спектрального анализа нелинейных эффектов в управляемых секциях, основанный на использовании метода гармонического баланса для физико-топологической модели p-i-n - диода, учитывающей изменение концентрации неосновных носителей заряда в базовой i -области во времени и по координате, что позволило исследовать проявление детекторного эффекта на высоком уровне мощности.

3. Разработан быстродействующий метод расчёта спектральных составляющих выходного сигнала в управляемых секциях с использованием функциональных рядов, позволивший исследовать режим динамического смещения управляющих элементов.

4. Разработан векторно-параметрический метод расчёта межэлектродной емкости полупроводниковых управляющих элементов на основе трёхмерной функции поверхностной плотности заряда, удовлетворяющей граничным условиям. Метод применим для расчёта межэлектродной емкости существующих и вновь создаваемых управляющих элементов при симметричном и несимметричном расположении электродов.

5. Сформулированы критерии для оценки эффективности широкополосных свойств симметричных цепей компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов, выполненных в сосредоточенном и полураспределённом базисе, что позволило сравнить по широкополосности синтезированные схемы компенсации при различных методах аппроксимации АЧХ. Критерии получены на основе использования значения характеристического сопротивления элементарных звеньев многокаскадных цепей, фундаментального ограничения Фано-Боде, параметра распределенности и усреднения модуля коэффициента отражения в полосе пропускания.

6. Разработан метод синтеза полураспределённых цепей компенсации влияния межэлектродной емкости управляющих элементов, позволивший уменьшить в 2+3 раза габаритные размеры и обеспечить полосу рабочих частот, близкую к теоретическому пределу. Метод основан на использовании параметра распределённости и эквивалентной частотно-зависимой схемы замещения отрезка линии передачи.

7. Разработан итерационный метод синтеза корректирующих цепей, обеспечивающих оптимальную форму АЧХ частотно-избирательных и компенсирующих структур сосредоточенного и полураспределённого типа с диссипа-тивными потерями, что позволило на (20+30)% расширить полосу рабочих частот.

8. Разработан метод синтеза согласующе-трансформирующих цепей компенсации влияния межэлектродной ёмкости управляющих элементов, обеспечивающий заданную величину коэффициента трансформации характеристического сопротивления в широкой полосе частот.

9. Доказано теоретически и подтверждено экспериментально, что использование планарных резонаторов с распределённой связью примерно в 1,5 раза расширяет полосу рабочих частот управляемых устройств сантиметрового диапазона. Эквивалентная частотно-зависимая схема планарного резонатора составлена на основе двумерной модели линии передачи.

10. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволили развить теоретические методы, создать и внедрить в передающую и измерительную аппаратуру широкополосные управляемые СВЧ устройства, работающие в диапазоне частот 0,02+12 ГГц на уровень коммутируемой мощности до 1,2 кВт.

Таким образом, основной результат выполненной диссертационной работы заключается в разработке новых положений теории и практики построения широкополосных управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности, что явилось существенным вкладом в решение актуальной научно-технической проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, по созданию и внедрению в радиоэлектронные системы различного назначения, включая метрологическое обеспечение для радиопередающих устройств, широкополосных аттенюаторов, многоканальных коммутаторов и фазовращателей. Это позволило многократно увеличить уровень допустимой мощности СВЧ сигнала, реализовать многофункциональные устройства и обеспечить высокое качество согласования в полосе частот, приближающейся к предельно достижимой.

Развитие управляемых СВЧ устройств высокого уровня мощности нового поколения будет осуществляться в следующих перспективных направлениях.

- Применение новых управляющих полупроводниковых и плёночных элементов как сосредоточенного, так и распределённого типа.

- Разработка схемотехнических решений, обеспечивающих улучшение технических характеристик.

- Широкое использование многослойных методов гибридной интегральной технологии и многомодовых линий передачи на основе новых СВЧ материалов с малыми диссипативными потерями и высокой диэлектрической проницаемостью.

- Внедрение цифровых методов управления, комбинированное сочетание многоканальных электрически управляемых и фиксированных коммутаторов, аттенюаторов и фазовращателей.

- Расширение диапазона рабочих частот, вплоть до 40+50 ГГц.

Разработка и создание мощных УУ СВЧ потребует развития эффективных электродинамических методов расчёта и проектирования, ориентированных на применение волноводных структур миллиметрового диапазона, в которые будут встраиваться интегральные управляемые модули.

В заключение отметим, что в управляемых устройствах, как показано в данной работе, в соответствии с физическими процессами, протекающими в полупроводниковых приборах и в элементах СВЧ тракта, непосредственно связаны между собой три параметра: мощность, полоса рабочих частот и быстродействие. Стремление увеличить входную мощность может быть реализовано либо за счёт двух остальных параметров, либо за счёт многоканального метода построения управляемых устройств.

336

1. Вендик О.Г., Парнес М.Д. Антенны с электрическим сканированием. Сайнс-пресс 2002. 457 с.

2. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование ФАР / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.

3. Веселое Г.И., Егоров Е.Н., Алёхин Ю.Н. и др. Под ред. Веселова Г.И. Микроэлектронные устройства СВЧ. М.: Высш. шк., 1988. - 280 с.

4. Ширшин С.И. Численное моделирование прохождения многочастотного сигнала через полосовые СВЧ усилители мощности // Радиотехника. 2003. -№2. С. 51-54.

5. Снурницин B.P. Основы анализа нелинейных цепей и устройств в базисе полиномов Вольтерра Винера // Труды ИИЭР - Российской конференции: Микроволновая электроника больших мощностей: измерение, идентификация, применение. Новосибирск, 1997. С. 291 - 327.

6. Maas Stephen A. Nonlinear Microwave Circuits Norwood, M.A. Actech House, 1988.-478 p.

7. Яковенко B.A. Корректор нелинейных искажений устройств с комплексной нелинейностью // Труды ИИЭР Российская конференции: 1997 Микроволновая электроника больших мощностей: измерения, идентификация, применение. - Новосибирск, 1997. С. 45 - 49.

8. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приёмно-усилительных устройствах. М.: Связь, 1980. - 280 с.

9. Носов Ю.Р. и др. Математические модели элементов интегральной электроники. М.: Сов. радио, 1976. - 304 с.

10. Герлах В. Тиристоры: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 328 с.

11. Алексеев О.В., Грошев Г.А., Чавка Г.Г. Многоканальные частотно разделительные устройства и их применение. - М.: Радио и связь, 1981. - 136 с.

12. Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.

13. Сычёв А.Н. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах. Томск: Томский государственный университет, 2001.-318 с.

14. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. СПБ: BHV -Санкт-Петербург, 1988. - 256 с.

15. Mouly М., Pautet М. The GSM Systems for Mobile Communications, 1992. -702 p.

16. Mehrotra A.Cellular Radio: Analog and Digital Systems // Artech House Inc., 1994.- 460 p.

17. Калашников B.C., Негурей А.В. Расчёт и конструирование аттенюаторов СВЧ. М.: Связь, 1980. - 88 с.

18. Дзехцер Г.Б., Орлов О.С. P-i-n диоды в широкополосных устройствах СВЧ. - М.: Сов. радио, 1970. - 200 с.

19. Бова Н.Т., Стукало П.А., Храмов В.А. Управляющие устройства СВЧ. Киев: Техника, 1973. - 163 с.

20. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели: Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. -М.: Радио и связь, 1984. - 184 с.

21. Введение в оптоэлектронику: Учеб. пособие для втузов / И.К. Верещагин, J1.A. Косяченко, С.М. Кокин. М.: Высш. шк., 1991. - 191 с.

22. Гусятинер М.С., Кобылянский П.А., Привен Ф.Е. О сопротивлении p-i-n- диода при положительном смещении. В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение. - М.: Сов. радио, 1972, вып. 26. С. 249 - 253.

23. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчёт. Под ред. И.В. Мальского, Б.В. Сестрорецкого. М.: Сов. радио, 1969. - С. 414-572.

24. Рыжиков И.В. К вопросу о модуляции проводимости i области p-i-n -структуры. В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение. - М.: Сов. радио, 1972, вып. 26. С. 134 - 143.

25. Рояк М.Э., Соловейчик Ю.Г., Шурина Э.П. Сеточные методы решения задач математической физики. Новосибирск, НГТУ, 1998. - 120 с.

26. Соловейчик Ю.Г., Шурина Э.П. Решение краевых задач в составных областях: Учеб. пособие. Новосибирск, 1986. - 115 с.

27. Соловейчик Ю.Г., Рояк М.Э., Корытный Е.Б., Разинкин В.П. Применение векторного метода конечных элементов для анализа электромагнитного поля в согласованных плёночных СВЧ резисторах // Известия вузов России. Радиоэлектроника. -2003, № 3. С. 71 79.

28. Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Хрусталёв В.А., Абденов А.Ж. Широкополосные аттенюаторы и нагрузки большой мощности для радиопередающей аппаратуры // Электронные компоненты. Москва, 2004 г. № 9. С. 23-25.

29. Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Хрусталёв В.А., Абденов А.Ж. Модульный аттенюатор большой мощности для работы с радиопередающей аппаратурой // Электронные компоненты. Москва, 2005г. № 9. С. 117-119.

30. Справочник по расчёту и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь, 1982. 328 с.

31. Дульнев Г.Н. Тепло и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высш. школа, 1984. - 246 с.

32. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Ленинградское отделение, Энергия, 1968. - 358 с.

33. Лыков А.В. Тепломассообмен (справочник). М.: Энергия, 1971. - 560 с.

34. McCamant A., McCormac G., Smith D. An improved GaAs MESFET model for SPICE // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 38, NO 6, Jun. 1990. P. 822 -824.

35. Statz H., Newman P., Smith I., Pucel R., Haus H. GaAs FET device anl circuit simulation in SPICE // IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-34, Feb. 1987, N0 2. P. 160- 169.

36. Балыко A.K., Богданов Ю.М., Васильев В.И., Климова А.В., Лапин В.Г. Темнов A.M., Юсупова Н.И. Проектирование монолитного двухканального переключателя СВЧ // Радиотехника. 2003, № 2. С. 40 - 46.

37. Методы нелинейных функционалов в теории электрической свя?и / Б.М. Богданович, Л.А. Черкас, Е.В. Задедюрин, Ю.М. Вувуникян, Л.С. Бачило. Под ред. Б.М. Богдановича. М.: Радио и связь, 1990. - 280 с.

38. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. Под ред. В.Д. Разевига. М.: СОЛОН - Пресс, 2003.-496 с.

39. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник / Б.А. Наливайко, А.С. Берлин, В.Г. Божков и др. Под ред. Б.А. Наливайко. -Томск, МГП «РАСКО», 1992. 223 с.

40. А.с. 987723 РФ: Н01 Р 1/22. Дифференциальный сверхвысокочастотный аттенюатор / В.П. Разинкин. Опубл. 07.01.83 в БИ № 1.

41. А.с. 1345275 РФ: Н01 Р 1/22. Аттенюатор / В.П. Разинкин, В.М. Меренков. -Опубл. 15.10.87 в БИ№ 38.

42. А.с. 1626276 РФ: Н01 Р 1/22. Аттенюатор / В.П. Разинкин, Б.Г. Перлин. -Опубл. 07.02.91 вБИ№ 5.

43. А.с. 1775765 РФ: HOI Р 1/22. Электрически управляемый аттенюатор / В.П. Разинкин, Б.Г. Перлин. Опубл. 15.11.92 в БИ № 42.

44. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П.Справочник по элементам вол-новодной техники. М.: Сов. радио, 1967. - 651 с.

45. Фельдштейн A.JI., Явич JT.P. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971.-390 с.

46. Конструирование и расчёт полосковых устройств. Под ред. И.С. Ковалёва. -М.: Сов. радио, 1974. 295 с.

47. Заенцев В.В., Катушкина В.М., Лондон С.Е., Модель З.И. Под ред. Моделя З.И. Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. М.: Сов. радио, 1980. - 295 с.

48. Бова Н.Т. и др. Микроволновые устройства СВЧ. Киев: Техника, 1984. -182 с.

49. Горбачёв А.П. Электромагнитно связанные линии передачи и их применение в антенных системах: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 78 с.

50. Алексеев О.В., Головков А.А. Приходько В.Ю. Проектирование и расчёт устройств СВЧ в системе MICROWAVE HARMONICA. СПб, ГЭТУ (ЛЭ-ТИ), 1997.-139 с.

51. Агафонов В.М. и др. Структурный и параметрический синтез широкополосных фильтров СВЧ с широкой полосой заграждения. Таганрог: Изд. ТРТУ, 1997.-144 с.

52. Воронин М.Я. Нерегулярные линии передачи на СВЧ: теория и применение: в 2-х частях; Под ред. В.П. Петрова / Новосибирский государственный технический университет. Новосибирск, 1994. - 291 с.

53. Абденов А.Ж., Матвеев С.Ю., Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А. Векторно-параметрический метод расчёта межэлектродных емкостей коммутационных СВЧ диодов // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ. 2003. № 3(21). - С. 27 - 36.

54. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. -М.: Связь, 1979.-128 с.

55. А.с. 1513542 РФ: HOI Р 1/15. СВЧ коммутатор /В.П. Петренко Опубл.0710.89 в БИ№ 37.

56. А.с. 1587603 РФ: Н01 Р 1/15. СВЧ коммутатор /В.П. Петренко Опубл.2308.90 в БИ№ 31.

57. Собенин А.Н. Расчёт полиномиальных фильтров. М.: Связьиздат, 1963. -378 с.

58. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными элементами. М.: Радио и связь, 1984.-104 с.

59. Силаев М.А., Брянцев С.Ф. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств. М.: Сов. радио, 1970. 248 с.

60. А.с. 915138 РФ: Н01 Р 1/22. Сверхвысокочастотный аттенюатор / Ю.Г. Вульчин, А.И. Зюбрик, В.И. Коломиец. Опубл. 23.03.82 в БИ N° 11.

61. Разинкин В.П., Белотелое В.В. Высокоизбирательные фильтры СВЧ. // Proceeding IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'1997). -Novosibirsk: NSTU. 1997. P. 120-121.

62. Фано P. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов. М.: Сов. радио, 1965. - 68 с.

63. Модель A.M. Фильтры СВЧ в радиорелейных системах. М.: Связь, 1967. -352 с.

64. Дегтярь Г.А. Трансформаторы в цепях согласования и сложения мощностей радиочастотных генераторов: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.-425 с.

65. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров сверхрешеток // ДАН, 2004. Т. 395, №6. С. 756 -760.

66. А.с. 1681347 РФ: HOI Р 1/22. Управляемый аттенюатор / В.П. Разинкин, Г.А. Дегтярь. Опубл. 01.06.91 в БИ № 21.

67. Разинкин В.П. Широкополосные полупроводниковые СВЧ аттенюаторы мостового типа // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1985. - Т. 28. - № 10. С. 74 - 78.

68. Данилов JI.B. Электрические цепи с нелинейными R элементами. - М.: Связь, 1974.- 136 с.

69. Хотунцев Ю.JL Полупроводниковые СВЧ устройства: Анализ и синтез. -М.: Связь, 1978, 256 с.

70. Тафт В.А. Электрические цепи с переменными параметрами. М.: Энергия, 1968.-328 с.

71. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. - 735 с.

72. Тхорик Ю.А. Переходные процессы в импульсных полупроводниковых диодах. Киев: Техника, 1966. - 243 с.

73. Разинкин В.П. Анализ нелинейных явлений в СВЧ аттенюаторах на p-i-n- диодах // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1980. Т. 23. - № 3. С. 78-81.

74. Разинкин В.П. Нелинейный анализ управляемых СВЧ устройств методом гармонического баланса // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ. -2006.-№ 1(22). -С. 22-29.

75. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Матвеев С.Ю., Хрусталёв В.А. Нелинейный анализ управляющих СВЧ устройств спектральным методом //Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская науч.-техн. конференция. Том 1. Новосибирск, 2005. С. 174 175.

76. Разинкин В.П., Силкачёв С.А. Нелинейный анализ управляющих СВЧ устройств спектральным методом // Современные проблемы Радиоэлектроники: Сб. научных трудов. Под ред. А.И. Громыко, А.В. Сарафанова. Красноярск: ИПУ КГТУ, 2005. С. 250 251.

77. Разинкин В.П. Балансный модулятор СВЧ с отрицательной обратной связью по огибающей // В сб.: Полупроводниковая электроника в технике связи. Под ред. И.Ф. Николаевского. Вып. 23. М.: Радио и связь. 1983. С. 78 - 82.

78. Кушнир В. Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Связь, 1974.-254 с.

79. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Спектральный анализ СВЧ устройств с нелинейными комплексными элементами // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ. - 2006. - № 1(22). - С. 68 - 78.

80. Воробьёв Н.Н. Теория рядов. М.: Наука, 1979. - 408 с.

81. Кудрявцев Л.Д. Курс математического анализа. В 2-х т. М.: Высшая школа, 1981'. Т.1 - 687 е.; Т.2 - 584 с.

82. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Сов. радио, 1980.-296 с.

83. Saavedra С., Zheng Y. Ring-Hybrid Microwave Voltage-Variable Attenuator Using HFET Transistors // IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, NO 7, July 2005. P. 2430 2433.

84. Постников В.Ф. Элементы теории полосковых линий. Новосибирск, 1994. -89 с.

85. Wollf J., Knoppik N. Rectangular and circular microstrip disk capacitors and resonators // IEEE Trans., MMT-22, NO. 10, October 1974. P. 857 864.

86. Fyfyl K. Verma, Zargham Rostamy. Static Capacitance of Somme Multilayered Microstrip Capacitors // IEEE Trans., vol. 43. NO. MAY 1995. P. 1144 1153.

87. Silvester P., Benedec P. Equivalent Capacitance of Microstrip Open Circuits // IEEE Trans., vol. MMT-20, NO 8, August 1972. P. 511 516.

88. Тюрнев B.B., Беляев Б.А. Взаимодействие параллельных микрополосковых резонаторов // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1990. Вып.4 (428). С. 25 30.

89. Дружкин JI.A. Задачи теории поля. Московский институт радиоэлектроники и горной электромеханики. М.: 1964. 446 с.

90. Миролюбов Н.Н., Костенко М.В., Левинштейн М.Л., Тиходеев Н.Н. Методы расчёта электростатических полей. М.: Высш. Школа, 1963. 414 с.

91. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. -М.: Энергия, 1968. 488 с.

92. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М.: Высш. школа, 1983. - 463 с.

93. Парселл Э. Электричество и магнетизм. Перевод с англ. под ред. Шальни-кова А.И., Вайсенберга А.О. М.: Наука, 1975. - 435 с.

94. Кухаркин Е.С., Сестрорецкий Б.В. Машинные методы расчёта в инженерной электрофизике. М.: МЭИ, 1986. - 139 с.

95. Кухаркин Е.С., Сестрорецкий Б.В. Диалоговая оптимизация топологии устройств в электродинамических САПР. М.: МЭИ, 1987. - 156 с.

96. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталёв В.А., Абденов А.Ж. Широкополосные полупроводниковые СВЧ коммутаторы // Электронные средства и системы управления. Международная научно-практическая конференция. Томск, 2004. С. 85 - 87.

97. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталёв В.А. Критерий широкополосности полупроводниковых СВЧ коммутаторов большой мощности // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская конференция. Новосибирск, 2004 г. Том 1. С. 153 - 154.

98. Разинкин В.П., Перлин Б.Г. Методика расчёта СВЧ переключателя на основе структуры квазиполиномиального полосно-пропускающего фильтра // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1988. - Т. 31. - № 10. - С. 73 - 74.

99. Разинкин В.П. Компенсация емкостей полупроводниковых диодов в СВЧ аттенюаторах // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1987. - Т. 30. - № 10. С. 77 - 79.

100. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. В 2-х т. М.: Связь, 1971, 1972.- Т1. - 1971.- 439 е.; Т2. -1972.-495 с.

101. Яковенко В.А. Согласующие цепи широкополосных полупроводниковых устройств СВЧ: Учеб. пособие. Новосибирск: НЭТИ, 1983. - 77 с.

102. Вакман Д.Е. Асимптотические методы в линейной радиотехнике. М.: Сов. радио, 1962.-243 с.

103. Ханзел Г. Перевод под ред. Знаменского А.Е. Справочник по расчёту фильтров. М.: Сов. радио, 1975. - 288 с.

104. Алексеев Л.В., Знаменский А.Е., Лоткова Е.Д. Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов. М.: Связь, 1976. - 280 с.

105. Соркин А.Р. Синтез фильтров с несимметричными характеристиками. // Proceeding IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'1997). -Novosibirsk, 1997. P. 92- 95.

106. Нейман Л.С. Обобщение теории цепей на волновые системы. М.: Энергия, 1965. - 192 с.

107. Ван Кай Чен. Широкополосное согласование. М.: Связь, 1981. - 286 с.

108. Бушминский И.П., Морозов Г.В. Технология гибридных интегральных схем СВЧ. М.: Высш. школа, 1980. - 285 с.

109. Белецкий А.Ф. Теоретические основы электропроводной связи, т.З. М.: Связь, 1959.-391 с.

110. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители. М.: Сов. радио, 1980. -368 с.

111. Разинкин В.П., Белотелое В.В., Филатов А.В. Принципы построения полосовых фильтров с заданными частотами режекции // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Международная конференция. Новосибирск, 1997.-С. 138.

112. Разинкин В.П., Фадеева Л.В., Белотелов В.В. Широкополосные фильтры на спиральных резонаторах // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Международная конференция, Новосибирск, 1997. С. 138- 139.

113. Разинкин В.П., Белотелов В.В. Новые принципы построения полосовых фильтров СВЧ // Труды 4-ой международной конференции АПЭП-98, Новосибирск, Том 10, Радиотехника, 1998. С. 133 136.

114. Разинкин В.П., Белотелов В.В., Фадеева Л.В. Полосовые фильтры ДМВ диапазона // Материалы международной конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1999. С. 78-79.

115. Под ред. Сильвинской К.А. Расчёт фильтров с учётом потерь. Справочник, перевод с немецкого. М.: Связь, 1972. - 200 с.

116. Осипенков В.М., Бачинина Е.Л., Фельдштейн А.Л. Вопросы расчёта фильтров СВЧ с потерями // Радиотехника. 1973. Т.28, № 4. С. 25 - 30.

117. Матвеев С.Ю., Разинкин В.П. Узкополосные фильтры с малыми прямыми потерями. // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2000).- Труды 5 международной конференции Том 7. - Радиотехника. - Новосибирск, 2000. - С. 129-131.

118. Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры: Справочник. М.: Радио и связь. 1986. - 184 с.

119. Хрусталев В.А., Матвеев С.Ю., Рубанович М.Г., Разинкин В.П. Синтез симметричных фильтров с диссипативными потерями // Научный вестник НГТУ.-Новосибирск: НГТУ, № 1(10), 2001.-С. 20-30.

120. Нефёдов Е.И., Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополос-ковые управляющие устройства СВЧ. М.: Радио и связь, 1994. - 168 с.

121. Садовой Г.С. Моделирование систем с переменным запаздыванием: Моноjграфия / Под ред. Т.Б. Борукаева Новосибирск, НГТУ, 1994. - 274 с.

122. Бабак Л.И. Автоматизированный синтез двухполюсных цепей коррекции полупроводниковых устройств ВЧ и СВЧ // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1993. Т. 36, № 10. С. 35 44.

123. А.с. 1336138 РФ: Н01 Р 1/18. Фазовращатель на ж / В.П. Петренко. -Опубл. 07.09.87 в БИ№ 33.

124. Razinkin V., Matvejev S., Rubanovitch M., Khrustalev V. Broad microwave attenuator // Proceeding of 3th IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'2001). Novosibirsk: NSTU, 2001. - P. 45 - 48 Широкополосный СВЧ аттенюатор.

125. Вьюшков В.А. Усовершенствование программы структурного синтеза согласующих цепей на основе генетического алгоритма // Материалы международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления». Томск, 2004, часть 1. С. 76 81.

126. Разинкин В.П., Белотелое В.В. Активные системы коллективного телевизионного приёма // Труды 3-ей международной конференции АПЭП-96, Радиотехника, Том 7, 1996 г. С. 82 84.

127. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. М.: Сов. радио, 1964. -600 с.

128. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые передатчики. М.: Радио и связь, 1981.- 400 с.

129. Каганов В.И. Радиотехника + компьютер + Mathcad. М.: Горячая линия -Телеком, 2001.-416 с.

130. Сверхширокополосные микроволновые устройства / Под ред. А.П. Кре-ницкого, В.П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2001. 386 с.

131. Мещанов В.П., Тупикин В.Д., Чернышев C.JI. Коаксиальные пассивные устройства / Под общей ред. В.П. Мещанова. Саратов: Изд-во Сарат. университета, 1993.-416с.

132. Коротковолновые антенны / Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко и др.; под. общ. ред. Г.З. Айзенберга. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.-535 с.

133. Заездный A.M. Гармонический синтез в радиотехнике и электросвязи. М.: Энергия, 1961. 535 с.

134. Дегтярь Г.А., Разинкин В.П. Электрическая цепь со свойствами понижающего трансформатора на линиях // Радиотехника. 2004. - № 4. С. 45 - 48.

135. Дегтярь Г.А., Разинкин В.П. Понижающий трансформатор на линиях с произвольным коэффициентом трансформации // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2003. - Т. 36. - № 5-6. -С. 11- 80.

136. Патент РФ 2175810: НОЗ Н 7/38, HOI Р 5/02. Трансформирующее устройство / Г.А. Дегтярь, В.П. Разинкин. Опубл. 10.11.01 в БИ № 31.

137. Гудков А.Г. Анализ и оптимизация дискретных фазостабильных аттенюаторов на p-i-n диодах // Вопросы радиоэлектроники. Серия «Общие вопросы радиоэлектроники», 1985, вып. 7. С. 47 - 48.

138. Takasu Н., Sakakibara С., Okumura М., Kamihashi S. S-band MMIC attenuator with small phase variation // IEEE Asia-Pacific Microwave Conf., Singapore, Dec. 1999. P. 421-424.

139. Trent C.R., Weller T.M. S-band reflection type variable attenuator // IEEE Microwave Wireless Component Lett., vol. 12, NO 7, Jul. 2002. P. 243 245.

140. Патент РФ 2174737: 7 H03 H 7/12, Н 01 Р 1/20. Полосно-пропускающий СВЧ фильтр / В.А. Хрусталёв, Ю.В. Востряков, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович. Опубл. 10.10.01 в БИ № 28.

141. Ahn H.R., Wolff I. Asymmetric ring-hybrid phase shifters and attenuators // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 50, NO 4, Apr. 2002. P. 1146 -1155. '

142. A.c. 756603 РФ: H 03 С 1/54. Балансный модулятор / Б.Г. Перлин, В.П. Разинкин. Опубл. 15.08.80 в БИ № 30.

143. Lucyszyn S., Robertson D. Analog reflection topology building blocks for adaptive microwave signal processing applications // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, NO 3, Mar. 1995. P. 601 -611.

144. Rubanovitch M.G., Razinkin V.P., Khrustalev V.A., Matvejev S.J. Calculation of geometrical parameters of high-power film loads // Proceeding of 1st Russian-Korean International Symposium on Applied Mechanic's. Novosibirsk:

145. NSTU, 2001, October 2 4. P. 71 - 72 Расчёт геометрических параметров мощных плёночных нагрузок.

146. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А., Матвеев С.Ю. Электродинамическая модель микрополоскового СВЧ резистора // Материалы международной конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2002. С. 168.

147. Калантаров П.А., Цейтлин JI.A. Расчёт индуктивностей. Справочная книга. Ленинград: Энергоатомиздат, 1986. - 487 с.

148. Абденов А.Ж., Матвеев С.Ю., Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А. Вывод соотношения для расчёта декомпозиционных индуктивных параметров плёночных резисторов // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ. 2005. № 3(21). - С. 81 - 88.

149. Рубанович М.Г., Горбачёв А.П., Разинкин В.П. Математическая модель электромагнитных процессов в планарных плёночных резисторах // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. Санкт-Петербург. 2003. - № 3. - С. 61 - 70.

150. Weng Cho Chew, Jin Au Kong. Effects of Fringing Fields on the Capacitance of Circular Microstrip Disk // IEEE Trans., vol. MMT-28, NO. 2, February 1980. P. 98-104.

151. А.с. РФ 1552264: Н01 Р 1/22. Аттенюатор / В.Б. Щельцын. Опубл. 23.03.90 вБИ№ 11.

152. А.с. РФ 1525776: Н01 Р 1/15. Полосковый выключатель / В.П. Разинкин, Б.Г. Перлин. Опубл. 30.11.89 в БИ № 44.

153. А.с. 1658240 РФ: HOI Р 1/15. Выключатель / В.П. Разинкин, В.И. Осипенко. Опубл. 23.06.91 в БИ№ 23.

154. А.с. 1817162 РФ: Н01 Р 1/15. Выключатель / В.И. Осипенко, В.П. Разинкин. Опубл. 23.05.93 в БИ№ 19.

155. Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталёв В.А., Разинкин В.П. Метрологические аттенюаторы для телевизионной передающей аппаратуры // Оборудование регион (специализированный журнал для технических специалистов) 2004/7, № 4. С. 14 15.

156. Востряков Ю.В., Рубанович М.Г., Хрусталёв В.А., Разинкин В.П. Многоэлементные измерительные плёночные аттенюаторы для телевизионныхпередатчиков // Материалы международной конференции «Измерение, Контроль, Информатизация». Барнаул, 2003. С. 86-90.

157. Рояк М.Э., Соловейчик Ю.Г., Разинкин В.П. Конечноэлементное моделирование тепловых полей в СВЧ резисторах, выполненных по плёночной технологии // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ. - 2003, № 1. С. 1-6.

158. Пошехонов П.В., Соколовский Э.И. Тепловой расчёт электронных приборов. М.: Высш. школа, 1977. - 156 с.

159. Патент 2195053 РФ: 7 Н 01 Р 1/15. Выключатель / С. Ю. Матвеев, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталёв. Опубл. 20.12.02 в БИ № 35.

160. Разинкин В.П., Рубанович М.Г., Востряков Ю.В., Хрусталёв В.А. Полупроводниковые СВЧ выключатели инверсного типа // Международный форум, новые информационные технологии. Новосибирск, 2003 г. Том 2, Информатика и проблемы телекоммуникаций. С. 234 - 235.

161. Разинкин В.П., Перлин Б.Г. Дискретный СВЧ фазовращатель // Известия вузов. Радиоэлектроника. -1991. № 3. - С. 94 - 96.

162. Патент 2185693 РФ: 7 Н 01 Р 1/20, 7/00. Узкополосный СВЧ фильтр / С.Ю. Матвеев, В.П. Разинкин. Опубл. 20.07.02 в БИ № 20.

163. Разинкин В.П., Белотелов В.В. Высокоизбирательные фильтры СВЧ // Proceeding IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIAT997). Novosibirsk: NSTU. 1997. P. 120-121.

164. A.c. 1569924 РФ: H01P 1/22. Перестраиваемый полосковый резонатор / Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев. Опубл. 07.03.90 в БИ № 21.

165. Разинкин В.П., Меренков В.М. Частотно разделительные устройства для ЧМ и ФМ передатчиков //Труды 3-ей международной конференции АПЭП-96, Радиотехника. Новосибирск, Том 7, 1996. С. 69 70.

166. Беляев Б.А., Тюрнев В.В., Шихов Ю.Г. Микрополосковый диплексер на двухмодовых резонаторах // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ техника. 1997. Вып.2 (470). С. 20 24.

167. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Диплексеры на полосовых фильтрах // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская науч.-техн. конференция, Новосибирск, 2000. С. 102.

168. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Диплексеры на коаксиальных резонаторах // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская науч.-техн. конференция, Новосибирск, 2000. С. 103.

169. Разинкин В.П., Матвеев С.Ю. Узкополосные СВЧ фильтры с четвертьволновыми связями // Труды международной конференции АПЭП-2000, Новосибирск, том. 7. С. 134 135.

170. Матвеев С.Ю., Разинкин В.П. Микрополосковый фильтр СВЧ // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2001. - Том 44. - № 7-8. С. 38-41.

171. Перлин Б.Г., Разинкин В.П. Дискретные СВЧ устройства с параллельно последовательным включением элементов // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1990. - № 10. - С. 90 - 92.