Методика структурного синтеза шлейфных мостов УВЧ диапазона с уменьшенными габаритными размерами : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.12.07

📅 2021 год
Летавин, Д. А.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………… 4

1. ШЛЕЙФНЫЕ МОСТЫ: ПОДХОДЫ К МИНИАТЮРИЗАЦИИ …………………… 12

1.1 Компактные мосты на сосредоточенных элементах ………………………………… 15

1.2. Компактные мосты на распределенных элементах …………………………………. 18

1.3 Компактные мосты на многослойных подложках …………………………………… 29

1.4 Методики проектирования компактных ШКМ ……………………………………….. 34

1.5 Выводы по первой главе ……………………………………………………………………….. 40

2 СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ КОМПАКТНЫХ ШЛЕЙФНЫХ МОСТОВ …………. 41

2.1. Фильтры нижних частот как инструмент миниатюризации мостов …………. 42

2.2. Методика расчета параметров компактных шлейфных квадратурных мостов
…………………………………………………………………………………………………………………. 48

2.3 Анализ взаимного влияния мостов и иных СВЧ устройств при близком их
расположении ……………………………………………………………………………………………. 61

2.4 Анализ факторов, ограничивающих миниатюризацию мостов ………………… 64

2.5. Выводы по второй главе ………………………………………………………………………. 70

3 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ В СОЗДАНИИ НОВЫХ
КВАДРАТУРНЫХ МОСТОВ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ … 71

3.1 Исследование допустимых пределов уменьшения размеров ШКМ ………….. 73

3.2 Компромиссное решение между уменьшением размеров и ухудшением
частотных характеристик моста ………………………………………………………………….. 81

3.3. Мост с переключаемым типом направленности …………………………………….. 90

3.4. Мост с различающимися сопротивлениями входа и выхода ……………………. 96

3.5. Выводы по третьей главе ……………………………………………………………………. 104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 106
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ……………………….. 109

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………. 110

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
Микрополосковый направленный ответвитель – базовый элемент
фазовращателей, сумматоров, смесителей, диаграммообразующих схем антенных
решеток и других радиотехнических средств. Направленный ответвитель,
распределяющий подводимую к нему мощность поровну между двумя его
выходами с разностью фаз 90°, называется шлейфным квадратурным мостом
(ШКМ). Кроме ШКМ задачу деления входной мощности решают синфазные
делители мощности (мосты Уилкинсона), синфазно-противофазные мосты
(СПМ), ответвители на связанных линиях, ответвители Ланге, планарные Т-
образные делители, направленные ответвители с трансформаторами, резистивные
тройники и др. В микрополосковом исполнении ШКМ и синфазно-противофазные
мосты занимают наибольшую площадь на подложке среди перечисленных
устройств при прочих равных условиях. Поскольку подходы в миниатюризации
СПМ и ШКМ схожи, а последние в технике используются чаще, то именно им и
были посвящены исследования в диссертационной работе.
Значительный вклад в разработку и исследование направленных
ответвителей внесли Зелях Э.В., Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Гвоздев В.И.,
Нефедов Е.И., Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А., Печурин В.А.,
Петров А.С., Мунина И.В., Вендик И.Б., Капитанова П.В., Холодняк Д.В.,
Щетинин Н.Н., Останков А.В., Кац Б.М., Мещанов В.П., Карамзина В.В.,
Альтман Дж.Л., Малорацкий Л.Г., и другие [1–12].
Классическая конструкция ШКМ (при волновых сопротивлениях
подводящих линий ρ0 = 50 Ом) включает в себя две пары четвертьволновых
отрезков линии передачи L1, L2, образующих прямоугольник, одна из которых
имеет сопротивление ρ1 = 50 Ом, а другая – ρ2 = 35 Ом. Схемно-конструктивная
реализация микрополоскового ШКМ, показанная на рисунке 1, далее по тексту
будет называться традиционной конструкцией.
Рисунок 1 –Топология традиционного двухшлейфного моста

1. Выполнен анализ существующих конструкций компактных мостов и
методик их проектирования, подтверждающий актуальность работы.
Конструкции устройств получены в основном заменой двух пар
четвертьволновых отрезков на фильтры нижних частот, реализованные на
комбинации сосредоточенных и/или распределенных элементов в виде Т- и/или
П- образных звеньев.
2. Разработана методика проектирования компактных шлейфных
квадратурных мостов с применением комбинации сосредоточенных и/или
распределенных элементов в виде Т-образных звеньев. Предложенный подход
позволяет выполнять проектирование топологии миниатюрных (в разы
занимающих меньшие площади) ШКМ по заданным техническим
характеристикам с использованием доступных диэлектрических подложек.
Описанную методику можно использовать для миниатюризации не только ШКМ,
но и для любых устройств, включающих в себя участки МПЛ, обеспечивающих
нужный для функционирования устройства фазовый сдвиг.
3. Получены выражения для расчета погонных емкостей и индуктивностей,
используемых в эквивалентной схеме разрабатываемых устройств. Данные
выражения учитывают сохранение электрической длины применяемой структуры
при сокращении её физической длины с сохранением необходимого входного
сопротивления.
4. Предложен и исследован схемно-конструктивный способ реализации
компактного квадратурного моста за счет замены только одной пары
четвертьволновых отрезков на Т-образные звенья. Получена топология
планарного ШКМ с площадью, на 78,6% меньшей по сравнению с площадью
традиционной конструкции, при этом удалось получить частотные
характеристики с наименьшим ухудшением по сравнению с известными
конструкциями. Такой вариант реализации компактных ШКМ обладает
компромиссным решением между габаритами устройства и шириной его полосы
рабочих частот.
5. Впервые исследованы допустимые пределы миниатюризации ШКМ.
Показано, что Т-образные звенья с индуктивными элементами в виде
высокоомных отрезков и емкостными элементами в виде низкоомных отрезков
позволяют уменьшить площади микрополосковых устройств на ~80–90% с
уменьшением полосы развязки и согласования не более, чем на ~30–40%.

Показано, что наибольшую степень миниатюризации удается достичь при
использовании тонких подложек с небольшой диэлектрической проницаемостью.
6. Разработана конструкция двухшлейфного моста с возможностью
переключения типа направленности с сонаправленного на противонаправленный,
и наоборот. Этого удалось добиться за счет того, что вместо исключительно ФНЧ
в состав моста добавлен ФВЧ.
7. Разработаны топологии компактных ШКМ с разными значениями
волновых сопротивлений подводящих линий (50 и 75 Ом, 50 и 25 Ом). Такие
конструкции мостов получены за счет объединения двух половин от мостов с
одинаковыми значениями волновых сопротивлений подводящих линий и
применение ФНЧ с разными сопротивлениями входа и выхода. Такой вариант
реализация компактного ШКМ упрощает процесс его согласования с
последующим трактом.
8. Изложенные в работе подходы миниатюризации применимы и в более
высокочастотных диапазонах с учетом технологических возможностей
изготовления устройств.
9. Полученные результаты способствуют развитию теории и техники
проектирования компактных мостовых устройств УВЧ диапазона.
Рекомендации по итогам диссертационного исследования. Описанную
методику уменьшения габаритных размеров ШКМ, основанную на замене
четвертьволновых отрезков микрополосковой линии передачи фильтрами нижних
или верхних частот, реализованных по Т- и/или П-образным схемам, можно
применять для расчета любых других устройств, имеющих в своем составе
резонансные отрезки линии передачи, например, фазовращатель, мост
Уилкинсона и кольцевой мост. В случае если требуется получить компактный
ШКМ с возможностью небольшого ухудшения частотных характеристик по
сравнению с традиционной конструкцией, то следует использовать предложенное
схемно-конструктивное решение, в котором выполняется замена только одной
пары четвертьволновых отрезков на фильтры нижних частот. Описанный подход
в реализации компактных мостов с применением фильтров нижних частот с
разными сопротивлениями входа и выхода, позволяют спроектировать ШКМ с
произвольными значениями волновых сопротивлений подводящих линий, что
позволит суммировать мощности от двух источников с коаксиальными кабелями
75 Ом либо 50 Ом.
Перспективы развития темы исследования. В качестве дальнейших
направлений исследования автор рассматривает: создание программного
продукта, позволяющего по заданным исходным данным (параметры подложки,
центральная частота, волновые сопротивления отрезков и др.) синтезировать
топологии компактных ШКМ для дальнейшего электродинамического анализа;
проведение исследований миниатюрных мостов на предмет улучшения их
характеристик, например, расширение полосы частот за счет поиска схемно-
конструктивных решений, позволяющих это сделать; улучшение технологичности
топологий компактных мостов, например, за счет замены высокоомных отрезков
на навесные элементы; расширение функциональных возможностей ШКМ с
уменьшенными габаритными размерами – возможность плавного изменения
рабочей частоты в широких пределах, управление величиной ответвляемой
мощности и разностью фаз сигналов в выходных каналах и др.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика.

КСВ – коэффициент стоячей волны.

МПЛ – микрополосковая линия передачи.

ППФ – полосно-пропускающий фильтр.

СВЧ – сверхвысокие частоты.

УВЧ – ультравысокие частоты.

ФВЧ – фильтр верхних частот.

ФНЧ – фильтр нижних частот.

ФЧХ – фазо-частотная характеристика.

ШКМ – шлейфный квадратурный мост.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Излучение мощных сверхширокополосных импульсов решетками комбинированных антенн
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
    Влияние диэлектрического покрытия и плазмы на направленные свойства и коэффициент усиления щелевых антенн
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ»
    Стабильность характеристик модифицированных микрополосковых линий
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
    Широкополосные излучающие системы на основе круглого волновода
    📅 2021год
    🏢 ФГБУН «Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова Российской академии наук»
    Низкопрофильные антенные решетки с механоэлектрическим типом сканирования
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
    Разработка и оптимизация архитектуры антенных решеток пассивного пеленга для применения на подвижных носителях
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
    Методы цифрового диаграммоформирования для широкополосных антенных решеток
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»