Введение к работе
Актуальность проблемы. Устройства, осуществляющие частотную секцию сигналов сверхвысоких частот (СВЧ), являются важнейшими элементами только в системах связи, радиолокации и радионавигации, но и в различной из-рителыюй и специальной радиоаппаратуре. С развитием радиотехники и радио-ектроники к фильтрующим устройствам предъявляются все более жесткие тре-вания, а именно, к их миниатюрности, избирательности, надежности, техноло-ности в производстве и, конечно, стоимости. Часто требуется, чтобы фильтры гко интегрировались в гибридные СВЧ-схемы, изготавливаемые планарными хнологиями. Наиболее высоким уровнем всех перечисленных качеств в совокуп-сти обладают фильтры, построенные на полосковых и микрополосковых резона-рах, получившие широкое распространение в СВЧ-технике.
Как известно, качество фильтра, в первую очередь, определяется его частно-селективными свойствами, которые характеризуются коэффициентами кру-зны склонов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), уровнями затухания полосах заграждения, шириной полос заграждения и уровнем потерь в полосе опускания. Однако при решении современных задач радиотехники нередко налу с жесткими требованиями, предъявляемыми к электрическим характеристи-м фильтра, требуется обеспечить еще и высокую степень его миниатюрности, очетание этих качеств является исключительно сложной проблемой, так как вся вокугшость требований, предъявляемых к фильтрам, является, по сути, противо-чивой. Хорошо известно, что чем меньше геометрические размеры электродина-ических резонаторов на заданной частоте, тем меньше их собственная доброт-ость, а, значит, тем хуже частотно-селективные свойства фильтра на их основе.
Традиционные микрополосковые конструкции фильтров, относящиеся к ним из самых миниатюрных, не позволяют достигать высоких частотно-лективных свойств устройств в нижней части дециметрового диапазона длин олн, а тем более в метровом диапазоне. Этому препятствует значительное умень-ение собственной добротности микрополосковых резонаторов (МПР), наблюдае-ое с понижением частоты. Использование сложных многомодовых МПР в составе ильтра [1] существенно увеличивает его селективность при одновременном меныпении потерь в полосе пропускания, однако это приводит к увеличению га-аритов конструкции, а кроме того, ширина полосы заграждения в таком устройст-е, как правило, ограничивается лишь одной октавой.
Одним из наиболее перспективных подходов для преодоления указанных
ыше трудностей является использование оригинальных конструкций полосковых
езонаторов на подвешенной подложке [2, 3]. Фильтры на основе таких конструк-
й миниатюрны даже в метровом диапазоне длин волн, имеют широкую (в не-
колько октав) полосу заграждения с высоким подавлением СВЧ мощности и ре-
ордно малые вносимые потери в полосе пропускания [4, 5]. Несмотря на все пре-
ущества конструкций фильтров на подвешенной подложке, систематических
сследований по изучению их возможностей до сих пор не проводилось. В частно-
и, нет сведений о влиянии конструктивных параметров на взаимодействие полос-
ковых резонаторов, знание которых необходимо как для повышения избирательно ста фильтра, например, за счет целенаправленного формирования полюсов затуха ния на его АЧХ вблизи полосы пропускания, так и для оценки предельно достижи мых характеристик устройства.
Таким образом, исследование особенностей взаимодействия резонаторов конструкциях фильтров на подвешенной подложке является важной и актуально задачей. Такие исследования необходимы не только для изучения природы распро странения электромагнитных волн в сложных волноведущих структурах, но и бу дут полезны при проектировании полосно-пропускающих фильтров с улучшенны ми селективными свойствами и других полосковых устройств СВЧ, например, электрически-управляемыми характеристиками, разнообразных датчиков СВ содержащих активные среды, и др.
Цели и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы явля ется теоретическое исследование частотных зависимостей коэффициентов связ резонаторов в конструкциях полосно-пропускающих фильтров на подвешенно подложке и разработка конструкций фильтров обладающих улучшенными часто но-селективными свойствами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучение с помощью эквивалентных схем особенностей взаимодейст вия полосковых резонаторов на подвешенной подложке на частотах первой полос пропускания в различных конструкциях двухзвенных фильтров.
Создание программ анализа двухзвенных полосковых структур н подвешенной подложке с использованием одномерных моделей и квазистатическ го приближения, а также написание программ для изучения частотно-зависимы коэффициентов связи резонаторов.
Исследование частотных зависимостей коэффициентов связи резон торов различных структур на подвешенной подложке от конструктивных параме ров и изучение частотно-селективных свойств фильтров на их основе.
Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в р боте, состоят в следующем:
Показано, что взаимодействие резонаторов на частотах первой полос пропускания во всех рассмотренных конструкциях фильтров носит преимущес венно индуктивный характер. При этом коэффициенты индуктивного и смкостног взаимодействия имеют разные знаки, что приводит к уменьшению козффициеі полной связи.
Впервые показано, что природа полюсов затухания, наблюдаемых АЧХ фильтра на подвешенной подложке, состоящего из четвертьволновых резон торов на сонаправленных полосковых проводниках, связана с компенсацией тольк индуктивных связей проводников.
Предложена новая конструкция четвертьволнового полоскового рез натора на подвешенной подложке, образованного сонаправленными полосковым проводниками. Показано, что фильтры, построенные на таких резонаторах, имею высокие электрические характеристики и могут использоваться в качестве селе тивных элементов гибридных СВЧ-схем.
На защиту выносятся следующие научные положения:
Природа полюсов затухания на АЧХ фильтров на подвешенной под-жке обусловлена как взаимной компенсацией индуктивного и емкостного взаи-действий, так и взаимной компенсацией только индуктивных связей резонато-в.
В исследуемых полосковых структурах на подвешенной подложке на стотах первой полосы пропускания абсолютная величина индуктивной связи все-а преобладает над емкостной, при этом они имеют разные знаки.
В резонаторе на встречно-направленных проводниках взаимная ин-ктивность полосковых проводников увеличивает полную индуктивность резона-ра, а на сонаправленных - уменьшает.
В конструкциях фильтров на основе резонаторов со встречно-правленными полосковыми проводниками индуктивные связи между диагональ-ши и смежными проводниками резонаторов на частотах полосы пропускания іеют одинаковые знаки, а в конструкциях на сонаправленных проводниках - раз-
ІЄ.
Практическая и теоретическая ценность работы. Изучено поведение эффициентов связи резонаторов при варьировании их конструктивных парамет-в, позволившее объяснить природу полюсов затухания и другие особенности, блюдаемые на АЧХ полосковых фильтров на подвешенной подложке. Результа-i исследований могут быть использованы при проектировании на базе исследуе-IX структур новых конструкций миниатюрных фильтров с улучшенными селек-- ными характеристиками.
Разработанная полосковая структура на подвешенной подложке с резона-рами из сонаправленных полосковых проводников позволяет создавать миниа-рные узкополосные фильтры с высокими частотно-селективными свойствами же в метровом диапазоне длин волн. Такие фильтры могут использоваться в ка-стве селективных элементов гибридных СВЧ-схем.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийской учно-практической конференции «Актуальные проблемы авиации и космонавти-» (Красноярск, 2006 г.), на Всероссийской научно-технической конференции овременные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2006, 2007, 2008, 09 г.), на Международной научно-практической конференции «Электронные едства и системы управления» (Томск, 2007 г.), на Международной конференции овременные проблемы радиотехники и телекоммуникаций» (Севастополь, 07 г.), на Международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные хнологии» (Севастополь, 2007,2008,2009 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в м числе 2 статьи в журналах по списку ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, ключения, списка цитированной литературы и приложения. Общий объем дис-ертации - 121 страница, включая 43 рисунка, 2 таблицы и 11 страниц приложения, иблиографический список содержит 115 наименований.
