Разработка диплексеров в широком диапазоне частот

Одним из перспективных направлений современной радиоэлектроники является твердотельная электроника. В качестве линий передач в твердотельных электронных устройствах, в основном, используются по-лосковые и микрополосковые линии. Возрастающие требования, предъявляемые наукой и техникой к параметрам новых электронных комплексов, способствуют разработке перспективных элементов и устройств твердотельной электроники, повышению их технико-экономических характеристик. В твердотельной электронике важной задачей является разделение широкополосного канала на несколько узкополосных. Для решения этой задачи служат частотно-зависимые разветвители — мультиплексеры, в которых может быть использовано последовательное или параллельное соединение фильтров [1−4]. Подобные соединения фильтров требуются также и для операции сложения нескольких каналов, когда частотные диапазоны каналов различаются. Во избежание паразитного взаимодействия между фильтрами при разработке' мультиплексеров необходимо принимать специальные меры. Одним из способов создания мультиплексоров является использование направленных фильтров. Главным недостатком при этом следует считать сложность настройки фильтров, причем в каждом резонаторе необходимо использовать две различные ортогональные моды.

Для построения мультиплексеров со смежными полосами пропускания при параллельном или. последовательном соединении полосно-пропускающих фильтров необходимо использовать дополнительную цепь, компенсирующую реактивную проводимость [1], Расчет полосковых конструкций таких мультиплексеров обычно ведется в одномодовом приближении [5]. Однако известно, что с повышением частоты, по мере продвижения в области сантиметровых волн, квазистатический метод дает все возрастающую погрешность, связанную с дисперсионностью полосковых линий передачи и наличием волн высших типов [6−8]. Это делает квазистатический метод расчета мультиплексеров весьма приближенным. Для строгого расчета устройств на полосковых линиях необходимо использовать электродинамический подход [9].

Целью работы является разработка методики электродинамического расчета диплексера в широком диапазоне: частот диапазона и исследование его характеристик, направленные на повышение точности расчета и оптимизацию характеристикдиплексера.

Для достижения поставленной цели в' диссертационной работе необходимо было решить следующие основные задачи:

— разработать расчетные методы, позволяющие производить электродинамический расчет мультиплексеров и их элементарных звеньев с необходимой степенью точности;

— провести электродинамический расчет элементарных звеньев полосковых фильтров для мультиплексеров;

— провести электродинамический расчет диплексера в широком диапазоне частот со смежными полосами пропускания;

— провести экспериментальные исследования макета диплексера сантиметрового диапазона со смежными полосами пропускания.

Научная новизна работы. При выполнении диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

— предложены расчетные методы, позволяющие производить электродинамический расчет мультиплексеров и их элементарных звеньев в многомодовом приближении с необходимой для решения практических задач точностью;

— проведен электродинамическийрасчет элементарных звеньев полосно-пропускающих фильтров на встречных стержнях;

— проведен электродинамический расчет полосно-пропускающих фильтров для мультиплексеров;

— проведен электродинамический расчет диплексера сантиметрового диапазона со смежными полосами пропускания;

— разработан и экспериментально исследован макет диплексера сантиметрового диапазона.

Практическая ценность полученных в диссертации результатов:

— предложенные расчетные, методы позволяют повысить точность расчета мультиплексера по сравнению с расчетом в одномодо-вом приближении и упростить процесс настройки мультиплексера;

— разработана конструкция широкополосной согласованной нагрузки, необходимой для проведения измерений характеристик диплексера;

— предложенный диплексер сантиметрового диапазона использован при разработке системы электронной защиты от воздушного нападения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 .Посредством метода частичных областей показано, что при расчете характеристик фильтров на связанных линиях необходимо учитывать основные моды и высшую моду Ню.

2.Показано, что в инженерных расчетах учет высших мод в звеньях фильтров на связанных линиях может быть проведен путем использования эффективных значений волновых сопротивлений основных мод 70оэфф>

ЮЕэфф.

3.Показано, что расчет диплексера в широком диапазоне частот с требуемой для практического использования точностью-может быть проведен в одномодовом приближении. При этом эффективные численные параметры, используемые при расчете, должны, удовлетворять уточненным требованиям, сформулированным по результатам расчета в многомодовом приближении.

Апробация работы^ Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

— заседании секции «Радиоэлектронная борьба» научно-технического совета Российского агентства по системам управления по проблеме «Перспективы развития элементной базы средств радиоэлектронной борьбы». Москва, 21−22 ноября 2000 г.

— заседании научно-технического совета ФГУП «Градиент» по проблеме «Использование новых технологий в производстве средств радиоэлектронной борьбы». Ростов-на-Дону, 20 сентября 2000 г.

— заседании научно-технического совета КНИРТИ по проблеме «Модернизация техники радиоэлектронной борьбы с использованием современных комплектующих и материалов». Калуга, 15 июля 2000 г.

— Международной конференции по. проблемам науки, техники и образования. Москва, 4−8 декабря 2000 г.

— научно-технических конференциях преподавателей и студентов НовГУ, Новгород, 1999 — 2000 г.

— Всероссийской конференции по магнитоэлектрическому взаимодействию в кристаллах (МЕ1Р1С-4), Великий Новгород, 16−19 октября 2001 г.

По результатам выполненных исследований опубликовано 11 научных работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников.

4.4 Выводы.

1. Показано, что расчет диплексера в широком диапазоне частот с требуемой для практического использования точностью может быть проведен в одномодовом приближении. При этом численные параметры, используемые при расчете, должны удовлетворять уточненным требованиям, сформулированным по результатам расчета в многомодовом приближении.

2. Разработан и изготовлен макет диплексера сантиметрового диапазона. Диплексер имеет' полосковую конструкцию и построен на основе полосно-пропускающих фильтров на встречных стержнях. Предложена методика экспериментального исследования характеристик диплексера. .• ¦ ¦ •.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Предложены расчетные методы, позволяющие производить электродинамический расчет мультиплексеров и их элементарных звеньев в многомодовом приближении’с необходимой для решения практических задач точностью- / •.

2. Разработана методика электродинамического расчета звеньев по-лосно-пропускающих фильтров на встречных стержнях;

3. Предложена методика, электродинамического расчета полосно-пропускающих фильтров для мультиплексеров;

4. Разработан алгоритм расчета дипле-ксера на базе по лосно-пропускающих фильтров на встречные стержнях. Составлен пакет программ, реализующих данный алгоритм. Программы реализованы в среде программирования Delphi 3.0. Программа позволяет проводить расчет по-лосковых конструкций фильтров на связанных линиях и встречных стержнях.

5. Показано, что расчет диплексера в широком диапазоне частот с требуемой для практического использования точностью может быть проведен в одномодовом приближении. При этом численные параметры, используемые при расчете, должны удовлетворять уточненным требованиям, сформулированным по результатам расчета в многомодовом приближении.

6. Разработан и изготов’лен макет диплексера сантиметрового диапазона. Диплексер имеет полосковую конструкцию и построен на основе по-лосно-пропускающих фильтров на встречных стержнях. Предложена методика экспериментального исследования характеристик диплексера.

7. Разработана конструкция широкополосной согласованной нагрузки, необходимой для проведения измерений характеристик диплексера. Использование малогабаритных элементов, имеющих незначительные ре.