Полосковые диплексеры для навигационных систем ГЛОНАСС/GPS и исследование коэффициентов связи согласующих цепей с входными резонаторами фильтров каналов

Афонин, Алексей Олегович

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………… 5
ГЛАВА 1. ПОЛОСКОВЫЕ И МИКРОПОЛОСКОВЫЕ ДИПЛЕКСЕРЫ. ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………………………. 14
1.1 Способы построения диплексеров …………………………………………………….. 14
1.2 Способы согласования каналов диплексера по общему входу ……………. 21
1.2.1 Согласующая цепь в виде T-, Y-разветвления ……………………………. 22
1.2.2 Согласующая цепь на основе общего двухмодового резонатора … 26
1.2.3 Согласующая цепь в виде нерезонансных отрезков полосковых и
микрополосковых линий …………………………………………………………………… 31
1.2.4 Прочие способы согласования каналов ……………………………………… 34
1.3 Выводы по главе 1…………………………………………………………………………….. 37
ГЛАВА 2. СОГЛАСОВАНИЕ КАНАЛОВ МИКРОПОЛОСКОВОГО
ДИПЛЕКСЕРА С ПОМОЩЬЮ НЕРЕЗОНАНСНОГО ОТРЕЗКА МПЛ ………… 40
2.1 Структура диплексера с двухзвенными каналами на основе полуволновых
резонаторов ……………………………………………………………………………………………. 40
2.2 Исследование коэффициентов связи согласующей цепи с входными
резонаторами каналов …………………………………………………………………………….. 45
2.2.1 Вычисление характеристик микрополосковых субструктур в
квазистатическом приближении………………………………………………………… 46
2.2.2 Определение частотно-зависимых коэффициентов связи …………… 50
2.2.3 Исследование частотно-зависимых коэффициентов связи …………. 53
2.2.4 Способ исследования коэффициентов связи согласующей цепи с
входными резонаторами каналов по относительной ширине полосы
пропускания ……………………………………………………………………………………… 56
2.3 Максимально достижимая относительная ширина полосы пропускания
каналов диплексера ………………………………………………………………………………… 59
2.4 Разработка микрополоскового диплексера на полуволновых резонаторах
для СРНС ГЛОНАСС/GPS ……………………………………………………………………… 61
2.5 Выводы по главе 2…………………………………………………………………………….. 63
ГЛАВА 3. СОГЛАСОВАНИЕ КАНАЛОВ МИКРОПОЛОСКОВОГО
ДИПЛЕКСЕРА С ПОМОЩЬЮ НЕРЕГУЛЯРНОГО П-ОБРАЗНОГО
КОРОТКОЗАМКНУТОГО ПОЛОСКОВОГО ПРОВОДНИКА …………………….. 65
3.1 Структура диплексера с двухзвенными каналами на основе
четвертьволновых резонаторов ………………………………………………………………. 65
3.2 Исследование коэффициентов связи П-образной согласующей цепи с
входными резонаторами каналов ……………………………………………………………. 70
3.2.1 Вычисление характеристик микрополосковых субструктур в
квазистатическом приближении………………………………………………………… 71
3.2.2 Определение частотно-зависимых коэффициентов связи …………… 74
3.2.3 Исследование частотно-зависимых коэффициентов связи …………. 76
3.3 Максимально достижимая относительная ширина полосы пропускания
каналов диплексера ………………………………………………………………………………… 79
3.4 Экспериментальная модель диплексера на четвертьволновых резонаторах
с трехзвенными каналами ………………………………………………………………………. 81
3.5 Разработка микрополоскового диплексера на четвертьволновых
резонаторах для СРНС ГЛОНАСС/GPS ………………………………………………….. 83
3.6 Выводы по главе 3…………………………………………………………………………….. 85
ГЛАВА 4. СОГЛАСОВАНИЕ КАНАЛОВ В ПОЛОСКОВОМ ДИПЛЕКСЕРЕ
НА ПОДВЕШЕННОЙ ПОДЛОЖКЕ И ДВУХПРОВОДНИКОВЫХ
РЕЗОНАТОРАХ ………………………………………………………………………………………….. 87
4.1 Структура диплексера с двухзвенными каналами на основе
двухпроводниковых резонаторов ……………………………………………………………. 87
4.2 Исследование коэффициентов связи согласующей цепи с входными
резонаторами каналов …………………………………………………………………………….. 92
4.3 Максимально достижимая относительная ширина полосы пропускания
каналов диплексера ………………………………………………………………………………… 93
4.4 Экспериментальная модель полоскового диплексера на подвешенной
подложке и двухпроводниковых резонаторах с трехзвенными каналами …. 94
4.5 Разработка полоскового диплексера на подвешенной подложке и
двухпроводниковых резонаторах для СРНС ГЛОНАСС/GPS ………………….. 98
4.6 Выводы по главе 4…………………………………………………………………………… 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 103
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ …………………….. 105
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………… 107
Приложение А – Микрополосковый диплексер на полуволновых
резонаторах для систем ГЛОНАСС/GPS ……………………………………………….. 123
Приложение Б – Микрополосковые диплексеры на четвертьволновых
резонаторах для систем ГЛОНАСС/GPS ……………………………………………….. 125
Приложение В – Полосковый диплексер на подвешенной подложке для
систем ГЛОНАСС/GPS…………………………………………………………………………. 128
Приложение Г – Полосковый диплексер на подвешенной подложке для
работы на стыке VHF/UHF диапазонов …………………………………………………. 130
Приложение Д – Патент на изобретение ……………………………………………….. 134
Приложение Е – Акт о внедрении …………………………………………………………. 135

Актуальность темы диссертационного исследования и степень ее
разработанности. Частотно-селективные устройства (ЧСУ) сверхвысоких частот
(СВЧ) являются важнейшими элементами современных радиотехнических систем.
Они широко используются в системах связи, в том числе спутниковой, в
радиолокационных станциях, а также в различной измерительной и специальной
аппаратуре. Среди большого разнообразия ЧСУ наиболее востребованными
являются полосно-пропускающие фильтры (ППФ), фильтры нижних частот (ФНЧ),
фильтры верхних частот (ФВЧ), фильтры с двумя полосами пропускания и другие.
Современные радиосистемы, например, спутниковые радионавигационные
системы (СРНС) ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) и
GPS (Global Positioning System), часто являются многодиапазонными, поэтому
кроме вышеперечисленных устройств также востребованы и многоканальные
частотно-разделительные устройства – мультиплексеры, служащие для разделения
спектра сигнала по каналам с соответствующими им частотами. В частности, к
таким устройствам относятся диплексеры, т. е. двухканальные мультиплексеры,
разделяющие спектр сигнала на два независимых канала.
С развитием радиотехники и радиоэлектроники к частотно-селективным
устройствам предъявляются все более жесткие требования, а именно: к их
миниатюрности, избирательности, надежности, технологичности в производстве и,
конечно, стоимости. Наиболее высоким уровнем всех перечисленных качеств в
совокупности обладают диплексеры, построенные на полосковых и
микрополосковых резонаторах (МПР) [1, 2], получившие, в связи с этим, широкое
распространение в СВЧ-технике [3].
Чаще всего диплексеры конструируют как два полосно-пропускающих
фильтра, имеющих один общий вход (порт) [26–105]. Из-за взаимодействия между
двумя фильтрами каналов, составляющих диплексер, их характеристики
искажаются, т. е. получаются отличными от характеристик двух отдельных
фильтров. Для того чтобы свести эти искажения к минимуму, каждый канал
диплексера необходимо правильно согласовать с общим входным портом с
помощью соответствующей конфигурации согласующей цепи (СЦ). К настоящему
времени известно несколько основных подходов к согласованию общего порта с
фильтрами каналов в полосковых и микрополосковых диплексерах. Однако эти
подходы не позволяют создавать диплексеры, которые полностью удовлетворяют
требованиям современных радиосистем. Часто цепи согласования занимают до
половины площади всего устройства [4, 5], что неприемлемо при разработке
миниатюрных диплексеров. Некоторые способы согласования слишком сложны в
настройке, что делает невозможной разработку диплексеров для серийного
производства.
Вместе с тем нерешенной остается важная задача создания миниатюрных
диплексеров, характеризующихся высокими электрическими характеристиками.
Наиболее эффективным подходом к миниатюризации полосковых устройств
является использование подложек с высокой относительной диэлектрической
проницаемостью (εr>11). Чаще всего в литературе описываются диплексеры,
которые выполнены на подложках с диэлектрической проницаемостью,
находящейся в пределах εr=2…11. В связи с этим они имеют размеры, которые не
удовлетворяют современным требованиям по миниатюрности. Поэтому
актуальной задачей является разработка простых способов согласования каналов,
позволяющих проектировать миниатюрные диплексеры на подложках с высокой εr,
которые удовлетворяют требованиям современных радиосистем.

1. Показана возможность применения нерезонансного отрезка
микрополосковой линии для согласования общего порта с фильтрами каналов
микрополоскового диплексера для реализации миниатюрных устройств на
подложке с высокой εr [118].
На основе одномерных моделей субструктур каналов диплексера
разработаны программы расчета частотно-зависимых коэффициентов связи
согласующей цепи с входными резонаторами каналов. С их помощью исследовано
влияние параметров согласующей цепи на поведение коэффициентов связи.
Показано, что использование модифицированного энергетического подхода для
расчета коэффициентов связи двух проводников различных конфигураций,
резонансные частоты которых не совпадают, оправдано.
Также показано, что использование в качестве согласующей цепи
нерезонансного отрезка микрополосковой линии позволяет разрабатывать
микрополосковые диплексеры на полуволновых резонаторах, с использованием
подложек с высокой εr и широкими (до 15%) относительными полосами
пропускания каналов.
2. Разработана новая конфигурация согласующей цепи в виде нерегулярного
П-образного короткозамкнутого полоскового проводника для согласования общего
порта с каналами микрополоскового диплексера на основе четвертьволновых
резонаторов. Использование подложки с высокой εr, компактной согласующей
цепи и четвертьволновых резонаторов в фильтрах каналов позволило уменьшить
размеры диплексера более чем в два раза (по сравнению с ранее используемой
конструкцией). Такая конфигурация согласующей цепи позволяет минимизировать
взаимное влияние каналов, что облегчает разработку диплексеров такой
конструкции.
На основе одномерных моделей субструктур каналов диплексера
разработаны программы расчета частотно-зависимых коэффициентов связи
согласующей цепи с входными резонаторами каналов. С их помощью исследовано
влияние параметров согласующей цепи на поведение коэффициентов связи.
Показано, что использование в качестве согласующей цепи нерегулярного
П-образного короткозамкнутого полоскового проводника позволяет разрабатывать
миниатюрные микрополосковые диплексеры на четвертьволновых резонаторах, с
использованием подложек с высокой εr и широкими (до 17%) относительными
полосами пропускания каналов.
3. Предложена конфигурация согласующей цепи в виде короткозамкнутого
отрезка полосковой линии для согласования каналов с общим портом в полосковом
диплексере на подвешенной подложке на основе двухпроводниковых резонаторов.
Согласующая цепь электромагнитно связана с входными резонаторами каналов
диплексера. Использование подложки с высокой εr и компактные размеры
согласующего проводника позволили разработать миниатюрный диплексер.
Исследовано влияние ширины проводника согласующей цепи на величину
взаимодействия с фильтрами каналов. Показано, что использование такой
согласующей цепи для согласования общего порта с каналами позволяет
разрабатывать полосковые диплексеры на подвешенной подложке и
двухпроводниковых резонаторах с широкими (до 21%) относительными полосами
пропускания каналов.
4. Разработанные и исследованные способы согласования каналов в
полосковых и микрополосковых диплексерах позволили реализовать ряд устройств
для применения в радиотехнических системах, которые внедрены в серийное
производство на предприятии АО «НПП «Радиосвязь», что подтверждается актом
о внедрении (приложение Е).
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

GPS – система глобального позиционирования

(global positioning system)

LTCC – низкотемпературная совместно обжигаемая керамика

(low temperature co–fired ceramic)

UHF – ультравысокие частоты

(ultra high frequency)

VHF – очень высокие частоты

(very high frequency)
АЧХ – амплитудно–частотная характеристика

ВЧ – высокочастотный

ГЛОНАСС – глобальная навигационная спутниковая система

КСВ – коэффициент стоячей волны

МПЛ – микрополосковая линия

МПР – микрополосковый резонатор

НЧ – низкочастотный

ПДПП – полосковый диплексер на подвешенной подложке

ПЛ – полосковая линия

ППФ – полосно–пропускающий фильтр

СВЧ – сверхвысокочастотный

СРНС – спутниковая радионавигационная система

СЦ – согласующая цепь
ТБНС – керамическая подложка BaSm2Ti4O12–BaNd2Yi4O12

ТЗ – техническое задание

ФВЧ – фильтр верхних частот

ФНЧ – фильтр нижних частот

ЧСУ – частотно–селективные устройства

ε – диэлектрическая проницаемость, [б/р]

Δf/f0 – относительная ширина полосы пропускания фильтра, [%]

kL, kL(f) – коэффициент индуктивной связи резонаторов, [б/р]

kC, kC(f) – коэффициент емкостной связи резонаторов, [б/р]

k, k(f) – коэффициент полной связи резонаторов, [б/р]

S11 – коэффициент отражения от порта 1 в логарифмическом
масштабе

S21 – коэффициент прохождения от порта 1 в порт 2 в
логарифмическом масштабе

S31 – коэффициент прохождения от порта 1 в порт 3 в
логарифмическом масштабе

S23 – коэффициент прохождения от порта 3 в порт 2 в
логарифмическом масштабе

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!

    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    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
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Восстановление глубины максимума ШАЛ по данным установки Tunka-Rex
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет»
    Исследования поглощения волн миллиметрового диапазона в атмосфере земли и материалах криогенных рефлекторов
    📅 2022год
    🏢 ФГБУН «Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова Российской академии наук»
    Микроволновое зондирование сложных динамических объектов на малой дальности
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
    Коллективная динамика в ансамблях нелокально связанных фазовых осцилляторов
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
    Синтез методов обработки сигналов в антенных решетках на основе свойств минимального многочлена корреляционной матрицы
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»