автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Синтез эллиптических фильтров СВЧ диапазона

На правах рукописи

СЕДЫШЕВ ЭРНЕСТ ЮРЬЕВИЧ

СИНТЕЗ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ СВЧ ДИАПАЗОНА

05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт- Петербург 2004

Работа выполнена в ОНИЛ синтеза СВЧ устройств Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Рудольф Иванович Кубалов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ирина Борисовна Вендик

кандидат технических наук Евгений Семенович Кузьминых

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится « /7» ¿¿¿0МА. 2004 г. в У/ на

заседании диссертационного совета Д219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186,Санкт-Петерб)рг, наб.р.Мойки,61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «Ж

2004 г.

Ученый секретарь /

диссертационного совета, /

д.т.н., проф. ^/Ьа^Ъх В.Ю. Волхов

Общая характеристика работы

Актуальность задачи. Широко распространенными в радиотехнических устройствах СВЧ диапазона (в системах РРЛ, РЛС, спутниковой связи и телевидения) остаются аналоговые фильтры. Они предназначаются для частотной селекции принимаемых и передаваемых сигналов,- развязки трактов приема и передачи, выделения полезных сигналов в различных частотных областях и сложения сигналов в выходных мощных каскадах. СВЧ фильтры представляют особый интерес на частотах от 500МГц до 27 ГГц, так как на сегодняшний день этот участок частотного диапазона наиболее загружен и длины вата соизмеримы с возможностями технологических- процессов и оборудования (фотолитография, напыление, фрезерная обработка). Фильтр с наибольшей крутизной частотной характеристики сегодня может быть синтезирован на основе эллиптической аппроксимации, именно эллиптические функции позволяют создать самые большие значения крутизны, при относительно малых полосах пропускания (5-10%).Фильтры, чья амплитудно-частотная характеристика описывается эллиптическими функциями в полосе пропускания и запирания, называются эллиптическими (ЭФ). Достаточно широко сегодня еще используются Чебышевские фильтры, ФЧХ у них более равномерная, они технологичны и довольно просты, но крутизна фильтра Чебышева отличается от эллиптического (Золотарева, Кау-эра) на десятки дБ при одинаковом количестве резонаторов/ За «высокую крутизну» ЭФ разработчик платит «сложностью» расчета и «аккуратностью» при настройке.

В последнее время к СВЧ фильтрам этого диапазона - стали предъявлять достаточно жесткие и весьма противоречивые требования, так как передача цифровых сигналов накладывает требования на групповое время запаздывания (ГВЗ), а его неравномерность напрямую связана с крутизной амплитудно-частотной характеристики. Традиционные методы расчета неравномерность ГВЗ не оценивают. В диапазоне сверхвысоких частот физическая реализация аналоговых фильтров до настоящего времени остается сложной инженерно-технической задачей, так как конструктивное воплощение фильтра имеет множество вариантов, которые по тем или иным параметрам часто не удовлетворяют разработчика (масса, габариты, простота и возможность настройки). Разработчикам приходиться искать компромисс между множеством характеристик фильтра и требованиями технического задания, именно поэтому задание и оптимизация целевой функции в таких разработках также представляет интерес. На настоящий момент не существует методик, в которых рассматривается подобная функция.-

Эллиптические фильтры приемной части радиолокационных систем должны быть миниатюрны, и иметь минимальные потри в полосе пропускания, что достигается использованием планарных структур, а фильтры оконечных каскадов радиорелейных станций должны иметь высокую крутизну и способность пропускать мощности порядка сотен кВт, что на планарных структурах принципиально невозможно. Задача параметрического синтеза на сегодняшний день не решена и также представляет интерес. Эта задача может быть решена путем интеграции множества инженерных методик и их унификации, с последующим объединением в систему автоматического проектирования на ЭВМ Синтез фильтра СВЧ с эллиптической характеристикой традиционным способом может занять огромное количество времени, при этом его физическая реализация

[рос. национальная

г I библиотека

с момента начала работы до расчета геометрических размеров элементов фильтра будет оставаться под вопросом. Интегрируя инженерные методики в единую систему разработки фильтров, необходимо унифицировать их и представить в виде совокупности блоков, подпрограмм с однотипными входными данными и результатами, представимыми в некотором стандартном виде. Решая эту задачу, будет достаточно легко организовать синтез не только фильтров с эллиптическими характеристиками, но и всеми существующими (Бесселя, Баттерворта, Чебышева и др.). Создание и анализ инженерных методик с их последующей алгоритмизацией позволяет вплотную приблизиться к созданию САПР фильтров СВЧ диапазона. Чем большее количество инженерных методик удастся унифицировать, тем больше вероятность синтеза оптимального (с точки зрения вводимых начальных условий) фильтра СВЧ диапазона. Вышесказанное дает основания сделать вывод, что поставленная задача является актуальной.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование методов синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона, условий физической реализуемости фильтров и создание общей методики проектирования фильтров СВЧ. В этой связи в работе решались следующие задачи:

- разработка алгоритма оптимального синтеза эллиптического фильтра СВЧ и целевой функция характеризующей этот фильтр;

- разработка и унификация инженерных методик синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона на резонаторах одинаковой и различной длины в объемном исполнении, гребенчатых фильтров в объемном исполнении, создание инженерной методики синтеза фильтров на резонаторах равной длины в микрополосковом исполнении;

-создание прикладной программы расчета на персональном компьютере (основное ядро САПР) для ряда типов фильтров с возможностью дальнейшего присоединения к программе динамических библиотек.

Научная новизна:

1. Создана математическая модель структурного (параметрического) синтеза фильтров СВЧ диапазона, которая позволяет найти оптимальную конструкцию эллиптического фильтра для конкретного технического условия из существующего множества фильтров на связанных п проводных линиях с эллиптическими характеристиками.

2. Разработана обобщенная методика синтеза ЭФ СВЧ диапазона, справедливая для расчета различных типов фильтров (на резонаторах одинаковой и различной длины на симметричной полосковой линии (СПЛ), «гребенчатых» на СПЛ и на одинаковых резонаторах на микрополосковой линии (МПЛ)). Данная методика представляет собой обобщение методик с выделением их общего ядра для удобства алгоритмизации и программирования.

3. Показана возможность путем параметрической оптимизации емкостных собственных матриц уменьшения габаритов фильтров без изменения их электрических характеристик, а также выравнивания ГВЗ с сохранением АЧХ.

4. Выявлены основные факторы, определяющие точность соответствия АЧХ проектируемого фильтра (из рассматриваемых типов) и АЧХ технического задания. Предложены конкретные способы подстройки конструкций с учетом чувствительности элементов настройки.

Практическая ценность. Разработанный алгоритм позволяет для любого технического задания представить физически реализуемую структуру приемлемыми массогабаритными и электрическими характеристиками, что избавляет

разработчиков аппаратуры от необходимости перебирать вручную отдельные методики синтеза эллиптических фильтров различных видов. Создан пакет прикладных программ, позволяющий по рабочим характеристикам фильтра синтезировать эллиптический фильтр в объемном или полосковом исполнении даже с учетом технологических возможностей производства. Один из модулей программы (расчет низкочастотного прототипа по техническому заданию) позволяет избавиться от большинства справочных книг-таблиц для расчета элементов электрических схем ЭФ, решение этой задачи полностью соответствует синтезу фильтра в НЧ диапазоне.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1.Обобщенный метод синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона.

2.Математическая модель структуры-трансформера эллиптического фильтра СВЧ диапазона.

3.Инженерная методика синтеза микрополосковых эллиптических фильтров.

4.Алгоритм САПР эллиптических фильтров СВЧ диапазона.

Реализация в промышленности. Диссертационная работа выполнялась

в рамках НИР и договоров о научно-техническом содружестве с предприятиями ЦНИИ' «ГРАНИТ», Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, КБ «Связшорпроект» и другими.

1.В ОНИЛ синтеза СВЧ устройств ГУТ им. проф. МА. Бонч-Бруевича внедрена программа синтеза фильтров СВЧ диапазона по рабочим характеристикам (в т.ч. и для учебного процесса).

2.В Арктическом и антарктическом институте внедрен ряд устройств, работающих в составе бортовой РЛС, синтезированных по предложенным методикам с использованием программы синтеза фильтров СВЧ диапазона (расчет волноводного фильтра в Y- соединении).

3.В КБ «СВЯЗЬМОРПРОЕКТ» используются устройства согласования антенных решеток выполненные в виде ЭФ на МПЛ.

Апробация работы. Сановные результаты, полученные в работе, докладывались и обсуждались на:

- научно-практической конференции « Интегральные волноводы и полос -

ковые узлы СВЧ », Куйбышев, 1987.

- научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, СПб, 1986-2004.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано более 25 работ и 2 информационных бюллетеня ОНТИ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка литературы и приложения, изложенных на 139 страницах; 42 рисунков и 11 таблиц. Список литературы содержит 97 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении подчеркивается актуальность предлагаемой для исследования темы, дается характеристика существующим способам и методикам расчета эллиптических фильтров СВЧ диапазона, оцениваются существующие программы и методики расчета фильтров СВЧ у нас в стране и за рубежом.

Первая глава посвящена обоснованию и выводу целевой функции, которая достаточно полно описывает эллиптический фильтр СВЧ диапазона. Расчет по техническому заданию фильтра-прототипа занимает основное место, так как именно здесь можно варьировать и затухание, и групповое время запаздывания, и крутизну фильтра. Далее с помощью методики синтеза прототипа мы получаем некоторый алгоритм синтеза любого фильтра и переход от прототипа к физической структуре, которая может и не быть реализована, так как зазоры между резонаторами или их толщина оказывается отрицательными величинами или близкими к 0. В результате синтеза может иметь несовпадение технических характеристик прототипа с условиями технического задания (что подразумевается уже при аппроксимации). Также показана необходимость создания интеграционных методов синтеза эллиптических фильтров, которые позволят с более высокой степенью точности и с минимальными затратами времени синтезировать эллиптические (и не только) фильтры СВЧ диапазона при определенных ограничениях на электрические характеристики.

В основе создания строгих методов синтеза эллиптических фильтров СВЧ должны находиться точные электродинамические (ЭД) модели устройств, чьи характеристики будут реализовываться (метод синтеза в данной работе не подразумевает построение ЭД модели). Синтез фильтров по прототипу и дальнейшие шаги по созданию физического образца, в виде конкретного конструкторского предложения из определенного набора, предлагаемого какой-либо инженерной методикой, не всегда оправдан и не позволяет судить о правильности выбора конкретного пути. Проектировщик в этом случае, выбирая метод расчета - выбирает фильтр или его отсутствие. Предложенная целевая функция даёт полную информацию об устройстве и его конструкции. Математическая модель синтеза ЭФ СВЧ объединяет существующие инженерные методики и позволяет переходить от одной физической реализации к другой, без потери электрических характеристик, при создании математической модели целевая функция является определяющей. Существенно расширить поиск оптимальной структуры под конкретное техническое задание может только полная автоматизация процедуры синтеза конструкции эллиптических фильтров СВЧ диапазона с элементами самообучаемости, в главе предложен алгоритм синтеза ЭФ СВЧ диапазона, упрощенная схема которого представлена на рисунке 1.

Во второй главе показано, что целесообразно в качестве основы метода синтеза эллиптических фильтров выбрать структуру-трансформер, которая может при определенных условиях вырождаться в другие структуры эллиптических фильтров СВЧ диапазона. Структура-трансформер содержит в себе возможность перехода ко всем (подавляющему большинству) известным конструкторским реализациям эллиптических фильтров и переходы от неё к другим конструкторским реализациям должны быть правомерными. Это не означает прямой переход из данной структуры в любую другую, подразумевается «связность» множества конструкторских реализаций. Под связностью множества реализаций понимается, что от одной конструкции можно перейти к любой другой и обратно, не изменив целевую функцию данного фильтра. Структура-трансформер играет особую роль на начальном этапе создания САПР, так как при увеличении множества конструкторских реализаций и развитием САПР (использования её самообучаемости) её место может занять более универсальная. И тогда переход от технического задания к конкретному типу фильтра будет проходить не через прототип, а через базовый вариант эллиптического фильтра, чьи элементы и их значения будут в дальнейшем определять конкретный конструкторский вариант эллиптического фильтра. Показано, что предлагаемые инженерные методики анализируются и развиваются в работе именно с точки зрения выделения в них общего ядра, различные инженерные методики унифицируются и предлагается базовая структура эллиптический фильтр на резонаторах равной длины. Данный тип фильтра, получаемый при использовании классических преобразований из низкочастотного прототипа, содержит фактически все основные принципы синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона на элементах с распределенными параметрами, и имеет минимум ограничений по ТЗ. В заключении доказывается, что эллиптические фильтры на резонаторах равной длины в полосковом исполнении и на круглых стержнях, на стержнях с резонаторами разной длины, с резонаторами, нагруженными на емкости, микрополосковым реализациям фильтров на резонаторах образуют связное множество реализаций.

В третьей главе подробно рассматривается одна из методик синтеза фильтров. На сегодняшний день существует несколько методик синтеза эллиптических фильтров на резонаторах одинаковой длины, которые в том или ином виде используют таблицы или графики. Предлагаемая методика синтеза фильтров на резонаторах одинаковый длины позволяет по характеристикам технического задания получить эллиптический фильтр на связанных стержнях длиной 0 без использования таблиц и с выделением в ней ядра общности синтеза ЭФ СВЧ диапазона. Предложенная модель синтеза полосового фильтра (по сравнению с низкочастотным, высокочастотным, режекторным) является наиболее полной, с точки зрения, общности фильтров вообще. Суть этой методики состоит в следующем: используя двойное частотное преобразование Ричардса от прототипа НЧ (рис.3.1,а) переходим к схеме с разомкнутыми и закороченными отрезками линии (рис.3.2,6). Электрическая схема такой структуры показана на рис.3.2,в. Прототип ППФ можно рассматривать как параллельное соединение в узлах п, п+1, и п+2 двух структур, из которых одна содержит только закороченные отрезки линий (индуктивности), а другая - разомкнутые (емкости) (рис.3.2,г). Используя линейное преобразование матриц волновых проводимостей (или распределенных статических емкостей) каждой из этих структур, легко перейти к

схемам без изолированных узлов, которые реализуются в виде решёток связан ных резонаторов (рис.3.2,д). Если теперь эти решетки соединить в одноимённых узлах, то получится структура фильтра с характеристикой Золотарева (рис.3.2,е). Полученная структура напоминает обычный гребенчатый фильтр, но все резонаторы имеют в середине скачёк волновых проводимостей. При этом несколько усложняется вопрос согласования, так как подключение нагрузки не посредственно к точке скачка волновой проводимости резонаторов (узлы п и п+2)(рис.3.2,е) приводит, как. правило, к нереализуемым

волновым сопротивлениям связанных линий, Именно поэтому к заземлённой решетке подключают на входе и выходе согласующие трансформаторы. Получаемая структура достаточно компактна и допускает как объёмную, так и печатную реализацию. В главе уточняются некоторые особенности проектирования этих фильтров. Выделяемое ядро синтеза ЭФ СВЧ диапазона сводится к следующему: при переходе от прототипа НЧ к структуре из отрезков линий передач, имеющих характеристику ППФ используем двойное частотное преобразование Ричардса. В самом общем случае это преобразование имеет вид:

где О' нормированная частота прототипа НЧ, «а* и постоянна* преобразования и частотная переменная,©о - электрическая длина отрезков линий пере-

2 Л

где - центральная частота полосы пропускания, частота, на которой резо-иаторы являются четвертьволновыми. Показано что, для уменьшения габаритов фильтра выгоднее взять /я, как можно выпе, однако из условий физической реализации должно выполняться условие: 1.5/Ь £ /я £ 5Л- Это неравенство накладывает ограничение на величину ©о .Постоянная преобразования определяется заданным отношением /^/о (Л - верхняя граничная частота полосы пропускания) и выбранным значением Оо.

(3.3)

Применение двойного частотного преобразования Ричардса к элементам прототипа НЧ позволяет вычислить волновые проводимости (У) отрезков линий прототипа ППФ, получаются матрицы проводимости (полностью эквивалентные емкостным матрицам). По волновым, проводимостям легко определить "геометрию" фильтра СВЧ.

В четвертой главе рассматривается методика синтеза фильтра на резонаторах разной длины. Данная методика рассматривается автором, как правомерный переход в множестве реализаций от структуры-трансформера к некоторой новой структуре, которая отличается от предыдущей одним или несколькими параметрами (в нашем случае: габаритные размеры, масса, отсутствие возможности менять длину стержней). Идея получения данной структуры фильтра детально рассмотрена в главе 3. То же двойное преобразование Ричардса позволяет от низкочастотного прототипа (рис.3.1,а) перейти к ППФ состоящему из параллельного соединения в одноименных узлах двух лестничных цепей: одной из короткозамкнутых линий, второй из разомкнутых. Избавиться от разомкнутых резонаторов (прочность фильтра и его виброустойчивость повышается) можно при помощи эквивалентного преобразования: параллельное соединение закороченного и разомкнутого отрезков линии, заменить параллельным соединением двух закороченных линий. Это преобразование является эквивалентным только в 20% полосе частот, поэтому рассматриваемая структура может использоваться только для узкополосных фильтров (до 15-

20%). То есть переход от решетки связанных резонаторов одинаковой длины к связанным резонаторам разной длины возможен при выполнении определенных условий и соотношений технического задания (ширина полосы пропускания, масса, габариты), обратный же переход возможен только при выполнении условий, предъявляемых к массе и габаритам фильтра.

Лестничная цепь из короткозамкнутых линий одинаковой длины реализуется решеткой Связанных резонаторов. Следовательно, полученная структура может быть реализована параллельным соединением двух таких решеток. Однако физически реализуемые значения волновых проводимостей резонаторов получаются при относительно высокоомных нагрузках, поэтому практически всегда возникает задача согласования заданных сопротивлений с получаемыми ( как и в случае с резонаторами одинаковой длины). Это осуществляется следующим образом. К решетке короткозамкнутых резонаторов длиной ©о подсоединяются единичные элементы, которые реализуются связанными линиями без емкости на землю. В работе этот вопрос рассмотрен подробно для частного случая, когда волновые проводимости равны'Ои^Оц^Опт^, т.е. каждая из связанных линий не имеет емкости на землю. В этом случае элементы звена: Уп^бн^и |/=01уОц*'1, другими словами, единичный элемент У1|=1 реализуется связанными ЛИНИЯМИ С ВОЛНОВОЙ проводимостью СВЯЗИ 012=1, а Сп0=б20РО. Если кин-дуктивной "цепи на входе и выходе включить единичные элементы У=1 И реализовать их связанными линиями, то пОлучим структуру, в которой добавилось два узла п-2 и п+2, к которым присоединяется нагрузка. Учитывая, что связанные звенья на входе и выходе не имеют емкости на землю, можно составить цепь для статических распределенных ёмкостей структуры с единичными емкостями между узлами (1-2, п-1 и п+1, п+2 . Так как нагрузка подключается к узлам п-2 и п+2 можно провести изменение уровней проводимости для узлов п, п+1, п-1 обычным линейным преобразованием матриц без изменения свойств фильтра, В результате линейного преобразования матриц получается новая схема для распределенных статических емкостей, в которой узлы п-2 И П+2 имеют уже некоторую емкость на землю и следовательно могут реализовывать-ся обычной полосковой линией. Аналогично пункту 3, когда требования к затуханию полосового фильтра в нижней и верхней полосе задерживания имеют геометрическую симметрию, используя двойное частотное преобразование Ри-чардса, переходим от НЧ прототипа к структуре из отрезков линий передач одинаковой длины (совпадение с ядром САПР). Частотное преобразование совпадает с преобразованием 3.1.,с той лишь разницей, что значение константы преобразования- а, в данном случае другое. При полосовом частотном преобразовании в цепях с сосредоточенными элементами используется соотношение:

(4Л)

где а' - нормированный множитель, обратный полосе пропускания (ПП):

/о - центральная Частота ПП, а / и /г « нижняя и верхняя частоты ПП. В случае узкополосного преобразования:

/=/о + 4/" « 4Г«/о. (4.3)

Подсйвим/в соотношение (4,1)

Г2-

Л+Д/' /,

Л /.+д/]

2-Д/-/0-ьДГ'

(/о + Д/)

2-4Г-/.

(4.4)

#о-(/о+Д/Х) /Л

При двойном частотном преобразовании • Ричардса используется соотношение (4.1), причем а в общем случае зависит от во. Определим этот коэффициент для случая узкополосного преобразования Ричардса, т.е. дня © *=©о+Дв и Л© «©о

Для этого преобразуем соотношение 3.1 .тогда получаем: (®о +Д®о) 1ё©е

П-

4

+ tgД©

(1ё©0+»84©)'

тд©)

(4.5)

П&Л©)

[ • (1 - 1в©0 • 1гд©)- ОЙ®, ■

Раскроем скобки, учитывая, что tg (в0) » Щ (Д®) и упростим выражение. Итак, при узкополосном преобразовании Ричардса, справедливо соотношение:

4.а.©„

АГ

(4.6)

|ап(2©0)|

Сравнивая (3.1) и (4.6), приходим к выводу, что переход От одного типа фильтра к другому (при родственных структурах) сопровождается рядом ограничений на реализацию (ширина полосы пропускания) и изменениями ряда параметров (нормированная частота). Проводимости решёток находятся при помощи матриц А и В, аналогично предыдущему случаю. Вид этих матриц стандартный, где Элементами являются относительные проводимости стержней, проводимости позволяют перейти к геометрическим размерам фильтра, в работе это достигнуто использованием подпрограмм оптимизации. Анализ этих двух методик позволяет сделать вывод о невзаимном характере перехода от одной структуры к другой, но оба перехода возможны. В заключения главы даны ограничения целевой функции конструкции, показано, что переход от ЭФ с равной длиной резонаторов возможен к закороченным стержням только при условии небольшой полосы пропускания в возможности увеличения габаритов (точно можно оценить изменение массы и габаритов), а обратный переход возможен при отсутствии требований к жесткости конструкции («подвешенные» стержни не выдерживают вибраций). Эти особенности учитывает САПР при синтезе конкретной конструкции (виброустойчивость, габариты).

В главе пять рассматривается методика синтеза гребенчатых фильтров. Родственной структурой двум предыдущим является структура эллиптического фильтра гребенчатого типа, здесь следует оговориться, что широко используется термин «гребенчатый» для фильтров с характеристикой Чебышева лишь в полосе пропускания. Будем в дальнейшем использовать сочетание «эллиптический гребенчатый» и не будем рассматривать Чебышевский фильтр отдельна Идея использования сосредоточенных элементов и, как следствие, уменьшение габаритов-возникла еще тогда, когда эллиптические характеристи-

ки не использовались, но реализация сосредоточенных элементов на СВЧ в первую очередь была ограничена технологией. В настоящее время промышленность выпускает конденсаторы, чьи габаритные размеры и характеристики позволяют использовать их в диапазоне до 3 ...4 ГГц.

Сосредоточенные индуктивности, к сожалению, используются лишь до 1...2 ГГц. Использование сосредоточенных емкостей позволяет создавать компактные гребенчатые фильтры СВЧ (очень напоминающие Чебышевские), у которых нарушается периодичность частотных характеристик, и тем самым исчезает полностью или частично паразитная полоса пропускания. Два указанных достоинства и объясняют повышенный интерес к этому типу фильтров (переход от такого фильтра к фильтру Чебышева прост). До восьмидесятых годов фильтры с сосредоточенными емкостями в основном использовались только для полиномиальных характеристик. В этих фильтрах требовалось создать емкости только на землю, которые можно было легко реализовать обычными подстроенными винтами (рис. 5.1,а). В фильтрах с характеристикой Золотарева вопрос с емкостями оказался Сложнее, так как возникла необходимость в емкостях высокой точности и не только на землю, но и между стержнями:. Существует несколько вариантов реализации этих емкостей, один из которых показан на (рис. 5.1,6). Одной из. самых удачных структур фильтров с сосредоточенными емкостями с характеристиками Золотарева являются гребенчатые фильтры. В этом фильтре индуктивности реализуются решеткой связанных резонаторов (рис.5.2), а емкости реализуются конденсаторами. Использование при расчете двойного преобразования Ричардса позволяет значительно сократить габариты фильтра, так как длину резонаторов можно уменьшить до АЛ 2.

а) б)

Рис. 5,1. Примеры реализации сосредоточенных емкостей в полиноминальных (а) и золоторевских фильтрах (б)

Рассмотрим основные вопросы теории таких фильтров. Частотное преобразование (формула 3.1) позволяет перейти от элементов низкочастотного прототипа (рис.3.1,а) к полосно-пропускающему фильтру, состоящему из замкнутых и разомкнутых отрезков линий (рис.3.1,6), аналогично всем предыдущим методам. Расчетные формулы для нормированной волновой проводимости разомкнутых и замкнутых отрезков в этом случае имеют вид

где О, - нормированная волновая проводимость разомкнутого отрезка иgl нормированная волновая проводимость кордгкозамкнутого отрезка. Заменим контур из разомкнутой и "закороченной линии контуром состоящим из закороченной линии и сосредоточенной емкости. Некоторые авторы значение сосредоточенной емкости определяют непосредственно через входную проводимость разомкнутой; линии на частоте Ио, оставляя закороченную линию без изменения. Однака задачу можно решить более строго и потребовать равенство на ша не только входной реактивной проводимости контура, но и равенства первой производной. Это приводит к изменению волновой проводимости закороченной линии, обеспечивает лучшее совпадение экспериментальных и теоретических характеристик фильтра.

, 1 .1 а.

О,

е.

Рио. 5.3. Эквивалентное преобразование контура ■

Обозначим входные нормированные проводимости -закороченной и разомкнутой линий:

-j-g,- ctg©,

J_

/о

Jo

Приравнивая на частоте юо входную проводимость конт>ров (рис.5.3) и первые производные проводимости, получаем систему уравнений для определения G, и gj:

Л®-. ■С, -ctg®, = G, .tg©0 -^,-ctg©0

я-с,+

g;-©0 _ G,.©,

Я,-©»

(5.4)

ca„ -sin3 ©„

.•cos1©» o>A *sin' ©0

где Л - нормированное сопротивление фильтра.

Окончательные расчетные формулы для новой проводимости короткозамк-нутой линии и сосредоточенной емкости контуров

ПЕ т. =

©о -sin2©o

©0 +sin2©0

g'^g.+m^G, tg7®0 и т, =

С , = т 2-в,

(5.5)

>g®0

•10"

'(в^+зтгеЛ-ю^я

После определения нормированных проводимостей короткозамкнутых линий ¡^ целесообразно перейти к нормированным распределенным емкостям, через которые определяются геометрические размеры решетки связанных резонаторов. В данном алгоритме нельзя опустить то, что предельная частота для емкостей определяет верхнюю частоту полосы запирания, на которой нельзя иметь ослабление меньше, чем указано в ТЗ. От способа включения фильтра также многое зависит: при возбуждении фильтра при помощи четвертьволновых резонаторов (хорошее согласование) полоса реализуемых частот сужается до 5-10 % и он сближается по ряду параметров с фильтром на резонаторах разной длины (при уменьшении габаритов). Эти вариации структуры эллиптического фильтра на связанных резонаторах создают некоторый начальный базис для наращивания множества реализаций фильтров СВЧ диапазона в сторону уменьшения габаритов. (Переход от эллиптической характеристики к Че-бышевской становится очевидным: убираем емкость между стержнями (перемычка на рис. 5.2,6) - получаем Чебышевский фильтр). Данный тип фильтров позволил получить компактные полосковые структуры, о которых упоминается в следующей главе. В заключении главы приведены результаты эксперимента, из которых ясно, что методика дает погрешность порядка 3-4% относительно центральной частоты, а уровни пропускания-запирания отличаются на 0.5-1%.

В главе шесть рассматриваются общие вопросы перехода к микрополоско-вым ЭФ СВЧ. Из трехмерного пространства предыдущих реализаций (геометрического) перейдем к микрополосковым реализациям (устройствам на микро-полосковых линиях). Самые полные методики синтеза микрополосковых эллиптических фильтров СВЧ принадлежат Рудольфу Заалю, но он рассмотрел лишь частный случай несимметричной МПЛ, создав новую систему таблиц. В начале 90-х годов автору удалось синтезировать эллиптический фильтр на типовых звеньях по методике Зааля с емкостной трансформацией по Гиффу, который давал просто восхитительный результат по потерям в полосе пропускания (порядка 0.8 дБ) и в полосе запирания около 35 дБ, что для полосковой

конструкции является пределом (определяемым добротностью материала подложки) .

(Продемонстрировав АЧХ фильтра коллегам, автор решил изменить трансформирующие емкости, которые были выполнены в виде 80 мкм разреза в слое индия, к сожалению, уже больше никогда не удавалось получить первоначальной характеристики.)

Особый интерес проявляется в возможности использования результатов полученных для эллиптических фильтров на резонаторах одинаковой длины, разной длины и «эллиптических гребенчатых» фильтров в объемном исполнении при синтезе аналогичных фильтров в микрополосковом исполнении. Приближений в этом случае много (распределенные - сосредоточенными, однородность диэлектрика, нулевая толщина проводников) и довольно сложно оценить смысл алгоритмизации и разработки таких методик. В основе синтеза также лежит двойное частотное преобразование, полосковая структура почти полностью повторяет проекцию объемного фильтра на плоскость. Общий вид такого фильтра представлен на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. Эллиптический микрополосковый фильтр на связанных резонаторах одинаковой длины

Конструкция данного фильтра не требует пояснений, он полностью повторяет объемный вариант, но емкости между стержнями здесь имеют совсем другой порядок, нежели в фильтре на связанных резонаторах в объемном исполнении. При переходе от низкочастотного прототипа предлагается следующее частотное преобразование:

(6.1)

В формуле 6.1. обозначения следующие: /о - центральная частота полосы пропускания,/) -верхняя частота полосы пропускания. Дальнейшие преобразования очень похожи на разделы, 3, 4 и 5 . Конкретная физическая реализация

требует учитывать то, что емкостная матрица связанных линий на СПЛ (симметричной полосковой линии) отличается от той же матрицы на МПЛ (микро-полосковой линии) только предельными значениями реализуемых емкостей, так как краевые емкости МПЛ много меньше чем те же емкости СПЛ, но абсолютные значения емкостей не имеют для нас особого значения, так как линейное преобразование матрицы емкостей не влечет за собой изменения характеристики. Это отличие и играет особую роль при синтезе конкретной структуры. Из 6.1 легко выделить коэффициент трансформации полосы частот

(6.2)

С учетом выведенного коэффициента трансформации преобразуем результаты, полученные для фильтра с резонаторами одинаковой-длины, для конструкции фильтра на МПЛ. В основе синтеза на МПЛ лежит определение ширины полосковых линий, зазоров между резонаторами и масштабирование размеров с учетом диэлектрической проницаемости диэлектрика по матрице волновых сопротивлений (возможно использование матрицы статических емкостей). В данной части синтез фильтра на МПЛ совпадает с синтезом фильтра на СПЛ, с той лишь разницей, что вводится понятие "краевой емкости" вместо "емкости между соседними резонаторами" и добавляется учет эффективной диэлектрической проницаемости в зависимости от ширины связанных резонаторов. Дальнейшие этапы трансформации на микрополосковые фильтры с резонаторами неравной длины и резонаторами, нагруженными на емкость совпадают по своей архитектуре с аналогичными переходами на СПЛ. Один из фильтров, синтезированный по разработанной методике дал следующие результаты при эксперименте ([ТЗ:/о =2.0 ГГц, ДГ=10 %, ¿,=0.6 дБД(±0.3ГТц)=35 дБ).

.Г, ГГц

Рис.6.2. Результаты экспериментальных исследований

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о пригодности методики для расчетов МПЛ ЭФ СВЧ диапазона.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы: 1. Предложена математическая модель синтеза фильтров СВЧ диапазона с полной целевой функцией, как в множестве технических заданий, так и в множестве физических реализаций (В основе которой не только амплитудно-час-

тотная характеристика, но и групповое время запаздывания, а также конструктивные характеристики фильтра: габариты, масса и т.д.). В основе этой модели полная автоматизация выбора прототипа, определения числа элементов фильтра, частотных преобразований.

2. В качестве фильтра-трансформера обоснован выбор физической структуры фильтра на связанных резонаторах одинаковой длины, имеющей гарантированное конструктивное решение при техническом задании (гарантия физической реализации доказана аналитическим путем) с самыми жесткими требованиями.

3. Определены правила трансформации различных эллиптических фильтров СВЧ и определены принципы правомерности переходов от одного вида фильтров к другому. Таким образом, параметрический синтез становится одним из элементов машинного проектирования конструкций фильтров. (Разработчик не выбирает тип фильтра, а получает его в результате синтеза.) Создано связное множество физических реализаций различных типов эллиптических фильтров, пополнение которого также определяется рядом условий. Эти условия сформулированы и обоснованы.

4. Разработана алгоритмическая модель САПР эллиптических фильтров СВЧ, чей общий вид представлен на рисунке. Данная модель синтеза не имеет ничего общего с циклическими моделями синтеза фильтров СВЧ диапазона, система начинает трансформировать конструкцию фильтра, то есть искать полное соответствие целевой функции, при первом же несоответствии целевой функции ТЗ

5. Создана прикладная программа, которая реализует предложенную модель САПР эллиптических фильтров СВЧ диапазона ( для структуры-трансформера и её микрополоскового аналога) на объектно-ориентированном языке программирования С++.

6. Сопоставление экспериментальных характеристик с расчетными показало, что предлагаемая методика синтеза ЭФ СВЧ диапазона позволяет разработчику достаточно точно и без особых затрат рассчитать ЭФ для большого диапазона технических условий.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Седышев Э.Ю и др. Современные методы расчета полосковых волноводов и СВЧ устройств //Отчет по НИР ОНИЛ синтеза СВЧ устройств ЛЭИС за 1988 год/ЛЭИС. Л, 1988. С.121-142.

2. Седышев Э.Ю и др. Разработка и исследование устройств частотной селекции //Отчет по НИР ОНИЛ синтеза СВЧ устройств ЛЭИС за 1990 год/ЛЭИС. Л, 1990.

3.Ссдышев Э.Ю. Расчет каскадных устройств СВЧ при помощи программы //Груды учебных заведений связи /ЛЭИС. СП6..1992.С14.

4.Седышев Э.Ю. Программа оптимизации каскадных устройств СВЧ // 45-я НТК: Тезисы докладов/ЛЭИС. СПб, 1992.

5.Седышев Э.Ю. и др. Проектирование микрополосковых эллиптических фильтров СВЧ с четвертьволновыми инверторами // 50-я НТК: Тезисы докладов / СП6ТУТ. СПб, 1997.

6. Седышев Э.Ю. и др. Разработка и проектирование эллиптических фильтров СВЧ для систем спутниковой связи // 50-я НТК: Тезисы докладов / СП6ТУТ. СПб, 1997.

7.Седышев Э.Ю. и др. Проектирование узкополосных полосовых фильтров СВЧ с эллиптической характеристикой затухания в полосковом исполнении //50-я НТК: Тезисы докладов / СП6ТУТ. СПб, 1997.С.152.

8.Седышев Э.Ю. и др. Согласующее устройство для антенн метрового диапазона// 50-я НТК: Тезисы докладов / СП6ТУТ. СПб, 1997.С. 153.

9.Седышев Э.Ю. Синтез поляризационного фильтра // 50-я НТК: Тезисы докладов / СПбГУТ. СПб, 1997.С.154.

10.Седышев Э.Ю. н др. Теоретическое и экспериментальное исследование встречно-стержневого ППФ СВЧ с учетом потерь //51-я НТК: Тезисы докла-дов/СП6ТУТ. СПб, 1998.С.132.

11.Седышев Э.Ю. и др. Теоретическое и экспериментальное исследование гребенчатых эллиптических фильтров < СВЧ для спутниковых систем связи -//51-я НТК: Тезисы докладов /СПбГУТ. СПб,1998.СЛЗЗ.

12.Седышев Э.Ю. и др. Система автоматизированного проектирования фильтров СВЧ // 51-я НТК: Тезисы докладов /СПбГУТ. СПб,1998.С135.

13.Седышев Э.Ю. и др. Проектирование узкополосных эллиптических фильтров СВЧ с четверьтволвовыми инверторами //52-я НТК: Тезисы докладов /СПбГУТ. СПб, 1999.

14.Седышев Э.Ю. Система автоматического проектирования эллиптических фильтров СВЧ // Юбилейная НТК / СПбГУТ. СПб, 2001.

15.Седышев Э.Ю. Полосковые фильтры СВЧ. Научно-технические разработки . СПбГУТ. Информационный бюллетнь №1.//СПбГУТ. СПб.2001.

16.Седышев Э.Ю. и др. Скрытные антенные устройства для подвижных средств связи // Вестник связи. 2004.№ 2. С.32-34.

Подписано к печати 14.04.2004. Объем 1 печ. л. Тираж 60 экз.

Типография СПбГУТ, 191186 СПб, наб. р. Мойки,61

Введение.

Глава 1. Общая методика синтеза СВЧ фильтров и создание математической модели синтеза ЭФ СВЧ диапазона.

Глава 2. Общие вопросы синтеза ЭФ СВЧ.

Глава 3. Методика синтеза эллиптических фильтров СВЧ на резонаторах одинаковой длины.

Глава 4. Методика синтеза фильтра на резонаторах разной длины.

Глава 5. Методика синтеза «гребенчатых фильтров».

Глава 6. Микрополосковые эллиптические фильтры СВЧ.

Широко распространенными в радиотехнических устройствах СВЧ диапазона (в системах PPJI, PJ1C, спутниковой связи и телевидения) остаются аналоговые фильтры. Они предназначаются для частотной селекции принимаемых и передаваемых сигналов, развязки трактов приема и передачи, выделения полезных сигналов в различных частотных областях и сложения сигналов в выходных мощных каскадах. СВЧ фильтры представляют особый интерес на частотах от 500 МГц до 27 ГГц, так как на сегодняшний день этот участок частотного диапазона наиболее загружен и длины волн соизмеримы с возможностями технологических процессов и оборудования (фотолитография, напыление, фрезерная обработка). Фильтр с наибольшей крутизной частотной характеристики сегодня может быть синтезирован на основе эллиптической аппроксимации, именно эллиптические функции позволяют создать самые большие значения крутизны, при относительно малых полосах пропускания (5-10%).Фильтры, чья амплитудно-частотная характеристика описывается эллиптическими функциями в полосе пропускания и запирания, называются эллиптическими (ЭФ). Достаточно широко сегодня используются Чебышевские фильтры, ФЧХ у них более равномерная, они технологичны и довольно просты, но крутизна фильтра Чебышева отличается от эллиптического (Золотарева, Кауэра) на десятки дБ при одинаковом количестве резонаторов. За «высокую крутизну» ЭФ разработчик платит «сложностью» расчета и «аккуратностью» при настройке.

В последнее время к СВЧ фильтрам этого диапазона стали предъявлять достаточно жесткие и весьма противоречивые требования, так как передача цифровых сигналов накладывает требования на групповое время запаздывания (ГВЗ), а его неравномерность напрямую связана с крутизной амплитудно-частотной характеристики. Традиционные методы расчета неравномерность ГВЗ не оценивают. В диапазоне сверхвысоких частот физическая реализация аналоговых фильтров до настоящего времени остается сложной инженерно-технической задачей, так как конструктивное воплощение фильтра имеет множество вариантов, которые по тем или иным параметрам часто не удовлетворяют разработчика (масса, габариты, простота и возможность настройки). Разработчикам приходится искать компромисс между множеством характеристик фильтра и требованиями технического задания, именно поэтому задание и оптимизация целевой функции в таких разработках также представляет интерес. На настоящий момент не существует методик, в которых рассматривается подобная функция.

Эллиптические фильтры приемной части радиолокационных систем должны быть миниатюрны, и иметь минимальные потри в полосе пропускания, что достигается использованием планарных структур, а фильтры оконечных каскадов радиорелейных станций должны иметь высокую крутизну и способность пропускать мощности порядка сотен кВт, что на планарных структурах принципиально невозможно. Задача параметрического синтеза на сегодняшний день не решена и также представляет интерес. Эта задача может быть решена путем интеграции множества инженерных методик и их унификации, с последующим объединением в систему автоматического проектирования на ЭВМ. Синтез фильтра СВЧ с эллиптической характеристикой традиционным способом может занять огромное количество времени, при этом его физическая реализация с момента начала работы до расчета геометрических размеров элементов фильтра будет оставаться под вопросом. Интегрируя инженерные методики в единую систему разработки фильтров, необходимо унифицировать их и представить в виде совокупности блоков, подпрограмм с однотипными входными данными и результатами, представимыми в некотором стандартном виде. Решая эту задачу, будет достаточно легко организовать синтез не только фильтров с эллиптическими характеристиками, но и всеми существующими (Бесселя, Баттерворта, Чебышева и др.). Создание и анализ инженерных методик с их последующей алгоритмизацией позволяет вплотную приблизиться к созданию САПР фильтров СВЧ диапазона. Чем большее количество инженерных методик удастся унифицировать, тем больше вероятность синтеза оптимального (с точки зрения вводимых начальных условий) фильтра СВЧ диапазона. Вышесказанное дает основания сделать вывод, что поставленная задача является актуальной.

Публикации в иностранных научных изданиях показывают, что пассивные фильтры СВЧ находят широкое применение в самых различных устройствах (от сотовой телефонии до военных радиолокаторов). Это объясняется очевидными преимуществами последних: высокая предельная мощность, отсутствие нелинейных искажений, бесшумность", отсутствие энергопотребления и тепловыделения. Свои "экологические ниши" имеют все типы фильтров, но более распространенными являются планарные варианты [64,72,75] реализаций. Последние благодаря малым размерам и простой технологии изготовления, нашли широкое применение в мобильной связи.

Основным недостатком пассивных фильтровых устройств остаются их крупные габариты, поэтому разработка все более компактных структур остается одним из главных направлений исследований [58,93,97].

Среди перспективных направлений, которые можно выделить из ряда публикаций, развития фильтровой техники отметим:

- автоматизация процессов проектирования фильтров СВЧ;

- использование для создания фильтров материалов, меняющих свои свойства под воздействием приложенного напряжения [61 - 66];

- использование сверхпроводников [68 - 77].

Автоматизация процессов проектирования - это наиболее важное направление синтеза, так как существует достаточное количество методик и математических моделей, которые позволяют добиваться удовлетворительных результатов. Автоматизацией занимаются коллективы разработчиков, состоящие из программистов и электронщиков, во многих работах даются ссылки на существование прикладных пакетов и их достоинства, но почти нигде не раскрывается алгоритм пакета и использованная методика. Стоимость прикладных пакетов по синтезу СВЧ устройств колеблется от тысяч до сотен тысяч долларов, при этом алгоритм пакета хранится разработчиками в тайне и неудивительно, что публикации по идеологическим аспектам САПР СВЧ фильтров отсутствуют или имеют почти рекламный характер. Простейший пакет «FILTR» стоит порядка 4800 долларов за год, он позволяет рассчитать принципиальные схемы любых фильтров на сосредоточенных элементах. Основным элементом этого направления является выбор и интеграция методик синтеза, совмещающих в себе наибольшую точность и возможность корректировать градиент синтеза (миниатюризация, себестоимость).

Использование материалов, которые под воздействием электрического тока или поля меняют свои свойства, актуально лишь до тех пор, пока разработчик не может синтезировать подобное селективное устройство традиционным способом. Так как заявленные исследователями характеристики не представляют интереса для практиков, стоит отметить в этой связи «увлечение» слоистыми диэлектриками в конце 80-х, которое в конце увенчалось высочайшими требованиями к свойствам и чистоте самих подложек. Разработки в этом направлении целесообразны с точки зрения поиска альтернативных устройств.

Так любой фильтр на ПАВ (поверхностно-аккустические волны) имеет потери в разы превосходящие потери на симметричной линии, но синтез этих фильтров для нужд телевидения привел к великолепным результатам: высокая повторяемость и низкая себестоимость (себестоимость ПАВ-фильтра порядка 10 долларов США).

Фильтры на диэлектрических резонаторах также в настоящий момент не находят широкого применения, так как являясь сосредоточенным аналогом объемного резонатора, возникает огромная трудность эффективного возбуждения этого резонатора.

Фильтры на сверхпроводящих пленках, вместо традиционной меди, безусловно найдут своё применение на малых уровнях мощности (приемные тракты) и в случае жестких требований к габаритам (миниатюризация) устройств СВЧ, но для больших мощностей и не планарных конструкций использование эффекта сверхпроводимости нецелесообразно, так как сравнимые потери в полосе пропускание (а именно этим отличаются сверхпроводящие пленки) дают и объемные резонаторы.

В настоящей работе исследуются методы синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона, условия физической реализуемости фильтров и создание общей методики проектирования фильтров СВЧ. В этой связи в работе решались следующие задачи:

- разработка алгоритма оптимального синтеза эллиптического фильтра СВЧ и целевой функции, характеризующей этот фильтр;

- разработка и унификация инженерных методик синтеза эллиптических фильтров СВЧ диапазона на резонаторах одинаковой и различной длины в объемном исполнении, гребенчатых фильтров в объемном исполнении, создание инженерной методики синтеза фильтров на резонаторах равной длины в микрополосковом исполнении;

-создание прикладной программы расчета на персональном компьютере (основное ядро САПР) для ряда типов фильтров с возможностью дальнейшего присоединения к программе динамических библиотек.

Разработанный алгоритм позволяет для любого технического задания представить физически реализуемую структуру с приемлемыми массогабаритными и электрическими характеристиками, что избавляет разработчиков аппаратуры от необходимости перебирать вручную отдельные методики синтеза эллиптических фильтров различных видов. Создан пакет прикладных программ, позволяющий по рабочим характеристикам фильтра синтезировать эллиптический фильтр в объемном или полосковом исполнении даже с учетом технологических возможностей производства. Один из модулей программы (расчет низкочастотного прототипа по техническому заданию) позволяет избавиться от большинства справочных книг-таблиц для расчета элементов электрических схем ЭФ, решение этой задачи полностью соответствует синтезу фильтра в НЧ диапазоне. Подробное описание этого модуля дано в приложении, так как он представляет собой законченную САПР для фильтров в НЧ диапазоне. А там, где конструкция неразрывно связана с принципиальной схемой, исследования проведены с использованием стандартных методик построения ЭФ СВЧ диапазона, которые унифицируются и перекладываются на алгоритмический язык.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведем основные результаты диссертационной работы:

1. Предложена математическая модель синтеза фильтров СВЧ диапазона с полной целевой функцией, как в множестве технических заданий, так и в множестве физических реализаций (В основе которой не только амплитудно-частотная характеристика, но и групповое время запаздывания, а также конструктивные характеристики фильтра: габариты, масса и т.д.). В основе этой модели полная автоматизация выбора прототипа, определения числа элементов фильтра, частотных преобразований.

2. В качестве фильтра-трансформера обоснован выбор физической структуры фильтра на связанных резонаторах одинаковой длины, имеющей гарантированное конструктивное решение при техническом задании (гарантия физической реализации доказана аналитическим путем) с самыми жесткими требованиями.

3. Определены правила трансформации различных эллиптических фильтров СВЧ и определены принципы правомерности переходов от одного вида фильтров к другому. Таким образом, параметрический синтез становится одним из элементов машинного проектирования конструкций фильтров. (Разработчик не выбирает тип фильтра, а получает его в результате синтеза.) Создано связное множество физических реализаций различных типов эллиптических фильтров, пополнение которого также определяется рядом условий. Эти условия сформулированы и обоснованы.

4. Разработана алгоритмическая модель САПР эллиптических фильтров СВЧ, чей общий вид представлен на рисунке. Данная модель синтеза не имеет ничего общего с циклическими моделями синтеза фильтров СВЧ диапазона, система начинает трансформировать конструкцию фильтра, то есть искать полное соответствие целевой функции, при первом же несоответствии целевой функции ТЗ.

5. Создана прикладная программа, которая реализует предложенную модель САПР эллиптических фильтров СВЧ диапазона ( для структуры-трансформера и её микрополоскового аналога) на объектно-ориентированном языке программирования С++.

6. Сопоставление экспериментальных характеристик с расчетными показало, что предлагаемая методика синтеза ЭФ СВЧ диапазона позволяет разработчику достаточно точно и без особых затрат рассчитать ЭФ для большого диапазона технических условий.

1. А. Зверев «Handbook of filter synthesis», New-York, 1967 r.

2. Д. Л. Маттей, Л. Янг, E. M. Т. Джонс «Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи», т.1, 2, М.: Связь 1971, 1972 г.

3. А. Гетзингер «Связанные прямоугольные стержни между параллельными пластинами», перевод Акимовой О. И., ЛЭИС 1972 г.

4. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. Под редакцией Вольмана В.И., М: Издательство «Радио и связь», 1982 г.

5. А.А. Лангин «Расчёт электрических фильтров», г. Рига, Зинатне, 1974 г.

6. Л.В. Алексеев, А.Е. Знаменский «Автоматизация проектирование фильтров СВЧ», М.: Связь, 1977 г.

7. Ханзел Г. «Справочник по расчёту фильтров», М.: Советское радио, 1974 г.

8. С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др. «Справочник по расчёту и конструированию СВЧ полосковых устройств», под ред. Вольмана В. И., М.: Радио и связь, 1982 г.

9. И.С. Ковалёв «Конструирование и расчёт полосковых устройств», М.: Связь, 1974 г.10. «Антенны и устройства СВЧ», М.: Радио и связь, 1994 г.

10. В.И. Васильев, Т.Н. Гутман, В.В. Павловский «Проектирование технологических процессов изготовления РЭА», М.: Радио и связь, 1979 г.

11. П.П. Гелль, Н.К. Иванов-Есипович «Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры», Л.: Энергомашиздат, 1984 г.

12. В.И. Голубев,И.С. Ковалёв,Е.Г. Кузнецов и др. «Конструирование и расчёт полосковых устройств», учебное пособие для ВУЗов под ред. Ковалёва С. И., М.: Советское радио, 1974 г.

13. Л.Г. Малорацкий, Л.Р. Явич «Проектирование и расчёт СВЧ элементов на полосковых линиях», М.: Советское радио, 1972 г.

14. М.И. Финкельштейн «Гребенчатые фильтры», М.: Советское радио, 1969 г.

15. Д. Херреро, Г. Уиллонер «Синтез фильтров», М.: Советское радио, 1971 г.

16. К. Гупта К., Р. Гардж , Р. Чадха «Машинное проектирование СВЧ устройств», М.: Радио и связь, 1987 г.

17. В.В.Подбельский «Язык С++», М.: Финансы и статистика, 1996 г.

18. Д.Б. Халяпин «Фильтры СВЧ-приемных устройств». М.: Связь, 1966 г.

19. В.М. Агафонов, С.В. Мушенко, В.Э. Санников «Структурный и параметрический синтез широкополосных фильтров СВЧ с широкой полосой заграждения», Таганрог, 1979 г.

20. A.M. Модель «Фильтры СВЧ в радиорелейных системах.» М.: Связь, 1967 г.22 .Y. Oono and К. Yasuura, "Synthesis of finite passive 2n-termimal networks with prescribed scattering matrices,"Mem. Fac. Eng. Kyushu Unit., vol.14, May 1954, pp. 125-177.

21. V.Belevich, Classical Network Theory. San Francisco, Calif.: Holden-Day, 1968 r.

22. P. Зааль «Справочник по расчету фильтров». М.: Изд-во Радио и связь, 1983 г.

23. В.И. Вольман, Ю.В. Пименов, Техническая электродинамика, Учебник. М.: Связь, 1971 г.

24. Л.Г. Малорацкий, Л.Р. Явич "Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях" М.: Изд-во "Советское радио", 1972 г.

25. R. W. Newcomb «Linear Multiport Syntesis». New York: McGraw-Hill, 1966.

26. E.S. Kuh and R. A. Rohrer «Teory of Linear Active Networcs", San Francisco, Calif.: Holden-Day, 1967.

27. A. Papoulis «On the approximation problems in network design»,1957 IRE Nat. Conv. Rec., pt.2, pp.175-185.

28. П.JI. Чебышев, «Полное собрание сочинений», Изд-во АН СССР, М.-Л, т. 1, 1946- 1951 г.

29. A. J. Grossman, "Synthesis of Tchebycheff parameter symmetrical filters," Proc. IRE.vol.45, Apr. 1957, pp.454-473.

30. J. K. Skwirzynski «Design Theory and Data for Electrical Filters», New York: Van Nostrand, 1965.

31. E. Hille «Analytic Function Theory» vols.l and 2 New York: Ginn, 1959.

32. D. C. Youla, «А new theory of broad-band matching», IRE trans. Circuit Theory, vol.CT-11. March 1964, pp.30-50.

33. Я.Н. Фельд «Техника сверх высоких частот» М.: Изд-во "Советское радио" т.1, 1952 г.

34. Т.Ю. Куцко «Расчет полосовых фильтров», М.- Л., Изд-во "Энергия", 1965 г.

35. М.А.Силаев, С.Ф. Брянцев «Положение матриц и графов к анализу СВЧ устройств», М.: Изд-во Советское радио, 1952 г.

36. П. Леонченко., А.Л. Фельдштейн., Л.А. Шепелянский «Расчет полосковых фильтров на встречных стержнях», справочник, М.: Изд-во "Связь" , 1975 г.

37. Н.С. Кочанов «Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области» М.: Изд-во "Связь", 1967 г.

38. Л. Книшевская, В.Шугуров, «Анализ микрополосковых линий», Вильнюс: Изд-во "Мокслас", 1985 г.

39. В.И. Голубев, И.С. Ковалев, Е.Г. Кузнецов, «Конструирование и расчет полосковых устройств», Учебное пособие для вузов. Под редакцией чл.-корр. Академии наук БССР проф. И.С. Ковалева. М.: Изд-во "Советское радио", 1974 г.

40. И. Мазепова, В.П. Мещанов, Н.И. Прохорова,

41. А.Л.Фельдштейн, Л.Р. Ярвич, Справочник по элементам полосковой техники, М.: Изд-во "Связь", 1979 г.

42. В. Фуско «СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование» М.: Изд-во " Радио и связь", 1990 г.

43. Ю.А. Быстров, Я.М. Великсон, В.Д. Вогман и др., «Электроника» Справочная книга, СПб.: Энергоатомиздат., 1996 г.

44. Т.Г.Марков, Е.Н. Васильев «Математические модели прикладной электродинамики.» М.:1. Советское радио 1970 г.

45. Л.Левин «Теория волноводов.» М.: Радио и связь 1981 г.

46. Ю.Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мищустин Б.А. Устройства СВЧ. Под. ред. Д.М. Сазонова. М: Высшая школа, 1981 г.

47. Вай Кайчань «Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей». -М.: Связь, 1979 г.

48. Е.И.Нефёдов, А.Т. Фиалковский «Полосковые линии передачи». -М.: Наука, 1980 г.

49. Справочник «Фильтры на поверхностных акустических волнах». Расчет, технология и применение. Под. ред. Г. Мэт-тьюза, М.: Радио и связь, 1981 г.

50. Д.А.Кабанов «Функциональные устройства с распределенными параметрами». М.: Советское радио, 1979 г.55. «Автоматизированное проектирование устройств СВЧ». Под. ред. Никольского В.В. М.: Радио и связь, 1982 г.

51. Б.А. Абубакиров, К.Г. Гудков, Э.В. Нечаев «Измерение параметров радиотехнических цепей». Под. ред. В.Г. Андрюшенко, Б.П. Фатеева. М.: Радио и связь, 1984 г.

52. Д.М. Сазонов «Антенны и устройства СВЧ». -М.: Высшая школа, 1988 г.

53. L. О. Chua and Р.-М. Lin, Computer-Aided Analysis of Electronic Circuits. Englewood Cliffs: Prentice-Hall,1975.

54. Journal of Microwaves and Optoelectronics, Vol. 2, No.2, December 2000.DIRECT SYNTHESIS OF MICROWAVE FILTERS USING MODIFIED SMALL REFLECTIONS THEORY D. C. ALENCAR and L. R. A. X. MENEZES.

55. IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS, VOL. 10, NO. 3, MARCH 2000 A Microstrip Elliptic Function Filter with Compact Miniaturized Hairpin Resonators Jen-Tsai Kuo, Member, IEEE, Ming-Jyh Maa, and Ping-Han Lu

56. Dielectric Response of Fiber-Textured (BaxSrl-x)Til+y03+zThin Films Grown by Chemical Vapor Deposition", J

57. Uher J.; Hoefer W. J. R., "Tunable microwave and millimeter-wave band-pass filters", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, pp: 643-653, April 1991, Vol.39, Issue:4.

58. Subramanyam, G.; Van Keuls, F.; Miranda, F.A., "A K-band tunable microstrip bandpass filter using a thin-film conductor/ferroelectric/dielectric multilayer configuration", IEEE Microwave and Guided Wave Letters, pp: 78 80, Feb. 1998, Vol.8, Issue.2.

59. Stauf, G.T.; Bilodeau, S.; Watts, R. K., "BaSrTi03 thin films for integrated high frequency capacitors", 1996. ISAF '96, Proceedings of the Tenth IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, pp: 103 -106 vol.1.

60. Keenan R., "Superconductors improve base-station sensitivity", in Wireless System Design, July 1997, p.32.

61. J.-S.Hong, M.J.Lancaster, D.Jedamzik, R.B.Greed and Jean-Claude Mage, "On the performance of HTS microstrip quasi-elliptic function filters for mobile communications application", IEEE trans. Microwave Theory and Techniques, MTT-48, July (2000) issue.

62. R.R. Mansour: Design of superconductive multiplexers using single-mode and dual-mode filters, IEEETrans. on MTT, vol.42, July 1994, pp.1411-1418.

63. M. Lorenz et al.: Large-area and double-sided pulsed laser deposition of Y-Ba-Cu-O thin films appliedto HTSC microwave devices, IEEE Trans, on Applied

64. Superconductivity, vol.7, No.2, 1997, pp.1240 -1243.

65. R. R. Mansour, "Design of superconductive multiplexers using single-mode and dual-mode filters," IEEE Trans. Microwave The-ory Tech., vol. 42, pp. 1411-1418, 1994.

66. A. Abramowicz: Investigation of the HTS microstrip filters based on dual-mode ring resonators, Proc. Int. Conf. on Microwaves and Radar, MIKON-98, Krakow 1998, pp.812.

67. J.-S.Hong, M.J.Lancaster, D.Jedamzik, R.B.Greed , H.Chaloupka, J.-C Mage, "An HTS duplexer for mobile base station apllication", IEEE trans. Microwave Theory and Techniques, MTT-48, August (2000) issue.

68. H Li, Y He, A He, S Li, С Li, L Yan, J Liang, W Zhu, Y Zhou, J S Hong and M J Lancaster, "A Demonstration HTS Base Station Sub-System for Mobile Communications", Superconductor Science and Technology, 2002, 15, 276-279

69. S.J. Hedges, D. Jedamzik, M. Guglielmi: Dual mode HTS microstrip ring resonator filter, Proc.

70. ESA/ESTEC Workshop on: Space Applications of High

71. Temperature Superconductors, Noordwijk,

72. The Netherlands 1993, pp.97-106.

73. N. Klein et al.: Properties and applications of HTS-shielded dielectric resonators: a state-of-the-artreport, IEEE Trans, on Microwave Theory and Techn.,

74. Vol.44, July 1996, pp. 13 69-13 73.

75. J. A. Curtis and S. J. Fiedziuszko, "Miniature dual mode mi-crostrip filters," in IEEE International Microwave Symposium, pp. 443-446, 1991.

76. C.-C. Yu and K. Chang, "Novel compact elliptic-function narrow-band bandpass filters using microstrip open-loop resonators with coupled and crossing lines," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46, no. 7, pp. 952-958, 1998.

77. J.-S. Hong and M. J. Lancaster, "Design of highly selective microstrip bandpass filters with a single pair of attenuation poles at finite frequencies," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 48, no. 7, pp. 1098-1106, 2000.

78. J.-S. Hong and M. J. Lancaster, "Bandpass characteristics of new dual-mode microstrip square loop resonators," Electron. Lett., vol. 31, pp. 891-892, May 1995.

79. J.-S. Hong and M. J. Lancaster, "Realisation of quasielliptic func-tion filter using dual-mode microstrip square loop resonators,"Electron. Lett., vol. 31, pp. 20852086, Nov. 1995.

80. A. E. Williams, "A four-cavity elliptic waveguide filter," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 18, pp. 1109— 1114, Dec. 1970.

81. A. Atia and A. E. Williams, "New type of waveguide bandpass filters for satellite transponders," COMSAT Tech. Rev., vol. 1, no. 1, pp. 21-43,1971.

82. A. E. Atia, A. E. Williams, and R. W. Newcomb, "Narrowband mul-tiple-coupled cavity synthesis," IEEE Trans. Circuits Syst., vol. CAS-21, pp. 649-655, Sept. 1974.

83. R. J. Cameron, "General prototype network synthesis methods for microwave filters," ESA J., vol. 6, pp. 193— 206, 1982.

84. R. J. Cameron and J. D. Rhodes, "Asymmetric realizations of dual-mode bandpass filters," IEEE Trans. Microwave Theroy Tech., vol. MTT-29, pp. 51-58, Jan. 1981.

85. IEEE Trans. Microwave Theory Tech.—Special Issue, vol. MTT-30,Sept. 1982.

86. U. Rosenberg, "New 'planar' waveguide cavity elliptic function filters,"Eur. Microwave Conf. Dig., pp. 524-527, 1995.

87. K. A. Zaki and A. E. Atia, "Sensitivity analysis of multi-coupled cavity filters," in IEEE Int. Symp. Circuits and Systems, May 1978, pp.790-793.

88. J.-S.Hong, "On the couplings of asynchronously tuned coupled microwave resonators", IEE Proc.-Microw. Antennas Propag., vol.147, no.5, October (2000) 354

89. J.-S.Hong and M.J.Lancaster, "Design of highly selective microstrip bandpass filters with a single pair of attenuation poles at finite frequencies", IEEE trans. Microwave Theory and Techniques, MTT-48, July (2000) issue.

90. K.S.K.Yeo, M.J.Lancaster and J.-S.Hong, "The design of microstrip six pole quasi elliptic filter with linear phase responses using extracted pole technique", IEEE trans. Microwave Theory and Techniques, MTT-49, Feb. (2001) 321.

91. Zen-Tsai Kuo, Ming-Jyh Maa, and Ping-Han Lu, "A Microstrip Elliptic Function Filter with Compact Miniaturized Hairpin Resonators," IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 10, No. 3, March 2000.

92. Mi-Hyun Son, Sung-Soo Lee, Young-Jin Kim, "Low-Cost Realization of ISM Band Pass Filters Using Integrated Combline Structure," IEEE Asia-Pacific Microwave Conference, pp. 1294 1297, December 2000.

93. Kwang Lim Choi and Madhavan Swaminathan, "Development of Model Libraries for Embedded Passives Using Network Synthesis," IEEE Transactions on Circuits and SystemsII.: Analog and Digital Signal Processing, vol. 47, No. 4, April 2000.

94. B. Vendik, O.G. Vendik, S.S. Gevorgian: Effective permittivity of r-cut sapphire microstrip, Proc. 24th European Microwave Conf., Cannes 194, pp.395-400.

95. J.A. Curtis, S.J. Fiedziuszko: Miniature dual mode microstrip filters, IEEE MT-S, Int. Microwave Symp. Dig., Boston 1991, pp.443-446.