Интегральные LC-фильтры ВЧ и СВЧ диапазонов на основе современных материалов Хроленко, Татьяна Сергеевна

Введение к работе

Актуальность темы. Одной из тенденций развития современных систем связи, локации и навигации, наряду с улучшением их электрических параметров, является повышение диапазона рабочих частот и уменьшение массогабаритных показателей. Так как во многом эти характеристики определяются параметрами устройств частотной селекции, то вопросы их создания представляют актуальную проблему. Для обеспечения всех требуемых параметров необходима разработка комплексных решений: схемотехнических, конструкторских, применение новейших технологий, материалов и последних научных достижений в области радиотехники. Интегральные LC-фильтры – одно из звеньев способствующих решению поставленных задач.

В настоящее время конструкции интегральных LC-фильтров развиваются одновременно в нескольких направлениях и могут быть выполнены либо в объеме керамической подложки, либо в структуре многослойной печатной платы.

Интегральные LC-фильтры на сегодняшний день активно исследуются и находят широкое применение в областях беспроводных технологий, навигационной и мобильной связи. Однако не в полной мере изучен ряд вопросов, касающихся проектирования. Не исследованы диапазоны рабочих частот и полос пропускания, которые могут быть реализованы при использовании той или иной схемы, недостаточно исследована элементная база, отсутствуют методики выбора конструкций элементов, топологии фильтра в целом и крайне ограничено количество известных схемных решений. Эти вопросы до сих пор остаются открытыми и требуют дальнейших исследований, что ограничивает использование интегральных фильтров в современной РЭА.

Данная диссертационная работа посвящена вопросам исследования возможностей реализации элементной базы, выбору схемотехнических решений, приемлемых для реализации в интегральном виде на основе современных материалов (многослойных печатных плат (МПП), Low Temperature Co-fried Ceramic (LTCC), Liquid Crystal Polymer (LCP)), вопросам определения диапазона рабочих частот и полос пропускания рассматриваемых схем фильтров, вопросам конструирования интегральных фильтров в целом.

Цель работы: исследование вопросов реализации интегральных LC-фильтров высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазонов на основе современных материалов, а также разработка методики их проектирования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование характеристик элементной базы интегральных LC-фильтров.

2. Анализ и выбор схемотехнических решений LC-фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов, пригодных для реализации в виде интегральных структур.

3. Разработка рекомендаций по проектированию интегральных LC-фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов с учетом физической реализуемости элементной базы, требуемых параметров фильтров и применяемых современных материалов.

4. Электромагнитное моделирование элементной базы и интегральных LC-фильтров на основе современных материалов.

5. Экспериментальное подтверждение характеристик разработанных
   LC-фильтров.

Основные методы исследования:

1. Численные методы на основе аналитических моделей.

2. Электродинамическое моделирование интегральных LC-фильтров на основе метода моментов (МоМ).

3. Экспериментальные методы.

Научная новизна работы:

1. Определены границы применяемости элементов интегральных LC-фильтров в диапазоне частот.

2. Впервые выбраны и научно обоснованы схемотехнические решения для интегральных LC-фильтров в зависимости от требований, предъявляемых к фильтрам, и применяемого материала основания фильтра.

3. Предложены конструкции элементов интегральных LC-фильтров и обосновано их применение в зависимости от технологии производства.

4. Разработана методика проектирования интегральных LC-фильтров в зависимости от материала основания фильтра и технологии его реализации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Научно обоснованные конструктивные исполнения элементов интегральных LC-фильтров для различных значений индуктивности и емкости в зависимости от диапазона частот.

2. Алгоритм проектирования интегральных LC-фильтров в зависимости от типа фильтра и выбранной технологии его изготовления.

3. Результаты экспериментальных исследований интегральных LC-фильтров, изготовленных на основе МПП, LTCC и LCP материалов.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

3. 1. Предложенные в диссертационной работе рекомендации и методы проектирования могут быть использованы для реализации интегральных LC-фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов для систем радионавигации, радиолокации и телевидения.

   2. Результаты исследований элементной базы позволяют определить ее область применения в зависимости от требований, предъявляемых к фильтрам. Предложенные в диссертационной работе рекомендации и методики проектирования позволяют реализовать различные варианты интегральных LC-фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов.

   3. Разработанные оригинальные конструкторские решения интегральных LC-фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов позволяют, по сравнению с известными, расширить диапазон рабочих частот от нескольких десятков МГц до 10 – 14 ГГц и повысить уровень затухания при больших отстройках на 10 – 20 дБ.

   Апробация работы:

   Основные научно практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на III научно-практической конференции «Приборостроение и информационные технологии» (Омск, 2010 г.), на III, IV всероссийской молодежной научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность» (с международным участием) (Омск, 2010, 2011 г.), на IV всероссийской молодежной научно-технической конференции «СВЧ – 2012» (Омск, 2012 г.), на V научно-практической конференции (Омск, 2012 г.), на всероссийской конференции «Микроэлектроника СВЧ» (Санкт-Петербург, 2012, 2013 г.), на международной научно-технической конференции «Радиотехника, электроника и связь» РЭиС – 2013» (Омск, 2013 г.).

   Публикации: основные результаты диссертации отражены в 16 печатных работах: в том числе 3 работы, вошедшие в перечень рекомендуемых ВАК РФ; 5 тезисов докладов на научно-технических конференциях и 5 работ в прочих печатных изданиях. Основные положения защищены 1 патентом и полученными 2 положительными решениями на полезную модель.

   Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из ведения, 5 глав с выводами, заключения. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, включает 106 рисунков, 30 таблиц и список литературы из 93 наименований.

   Похожие диссертации на Интегральные LC-фильтры ВЧ и СВЧ диапазонов на основе современных материалов

   

   Управляемые по частоте опто-электронные автогенераторы СВЧ и ВЧ диапазона с подкачкой квантово-размерным лазерным диодомБорцов Александр Анатольевич

   Исследование и разработка многоканальных устройств и систем передачи с частотным разделением на ВЧ и СВЧ поднесущих в ИК-диапазонеБелкин, Михаил Евсеевич

   Анализ многочастотных режимов усилителей и автогенераторов СВЧ диапазона на основе развития и применения квазистационарных методовАндреевская, Татьяна Михайловна

   Развитие теории энергетических функций реактивных четырехполюсников и ее приложение к анализу и синтезу LC-фильтровСергеев, Валерий Варламович

   Улучшение параметров полосовых LC-фильтров путем преобразования мостовых звеньев в неуравновешанные лестничныеТюменцев, Александр Иванович

   

   Исследование и разработка методов расчета LC-фильтров по энергетическим и массогабаритным критериямСтанкеев Михаил Евгеньевич

   

   Аналоговые волоконно-оптические системы с частотным разделением каналов на ВЧ и СВЧ поднесущих и сети на их основеБелкин Михаил Евсеевич

   

   Синтез и реализация интегральных КМОП малошумящих усилителей диапазонов УВЧ и СВЧБалашов Евгений Владимирович

   

   Программно-аппаратные средства и алгоритмические методы коррекции погрешности измерений параметров сигналов в приборах СВЧ -, КВЧ – и оптического диапазоновМоисеев Павел Дмитриевич

   

   Разработка и исследование радиотехнических устройств микроволнового диапазона с улучшенными функциональными характеристиками на основе многополюсных измерительных преобразователейПологрудов, Виктор Петрович