Численные методы расчета электромагнитных полей в задачах анализа и синтеза частотно-избирательных систем

• Автор: Вишняков, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.09.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Глава 1. Обзор возможностей численных методов расчета электромагнитных полей для автоматизированного проектирования твердотельных СВЧ устройств
1.1 Перспективные конструкции твердотельных СВЧ частотно-избирательных систем радиоэлектронной аппаратуры

1.2 Численные методы расчета электромагнитных полей

1.2.1 Метод интегральных уравнений

1.2.2 Метод конечных разностей

1.2.3 Метод конечных элементов

1.3 Дискретизация расчетной модели

1.4 Выводы по главе

Глава 2. Метод создания адаптивного разбиения

2.1 Выбор метода адаптации разбиения

2.2 Метод создания узлов разбиения

2.3 Алгоритм создания конечно-элементного разбиения
2.4 Тестовые задачи для предложенного метода
создания адаптивного разбиения
2.5 Выводы по главе
Глава 3. Методика проектирования монолитных фильтров
3.1 Синтез фильтра-прототипа
3.2 Синтез базовой топологии фильтра
3.3 Оптимизация топологии фильтра
3.4 Программное обеспечение, разработанное для
автоматизированного синтеза монолитных фильтров
3.4.1 Описание программы МWizard
3.4.2 Описание программы NOM
3.4.3 Описание программы CADF
3.5 Алгоритм проектирования монолитного фильтра
3.6 Пояснения к алгоритму проектирования монолитных фильтров
3.7 Программный модуль ACF
3.8 Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование методики
проектирования монолитных фильтров
4.1 Однозвенный монолитный фильтр
4.2 Проектирование трехзвенного монолитного фильтра ППФ1
4.3 Экспериментальная отработка трехзвенного
монолитного фильтра ППФ1 (первая итерация)
4.4 Экспериментальная отработка трехзвенного
монолитного фильтра ППФ1 (вторая итерация)
4.5 Проектирование и экспериментальная отработка
трехзвенного монолитного фильтра ППФ2
4.6 Выводы по главе
Глава 5. Проектирование устройств на диэлектрических резонаторах
5.1 Расчет диэлектрических резонаторов
5.2 Расчет диэлектрического резонатора,
связанного с возбуждающими элементами
5.3 Проектирование генератора миллиметрового диапазона длин волн
5.3.1 Расчет цепи положительной обратной связи в Б-параметрах
5.3.2 Проектирование колебательной системы
на диэлектрическом резонаторе
5.3.3 Синтез полосково-волноводного перехода
5.4 Экспериментальное исследование разработанного генератора
5.4.1 Характеристики макетов генератора, изготовленных по данным
численного проектирования при отсутствии генерации
5.4.2 Исследование макетов генератора в режиме генерации
5.4.3 Численный анализ колебательной системы с уточненной геометрией (с учетом блокировочного конденсатора)
5.4.4 Характеристики макетов генератора после коррекции
конструкции
5.5 Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников

Характерной чертой современной радиоэлектронной промышленности является высокая восприимчивость массового производства к новым разработкам в области СВЧ материалов, электронных микросхем, технологиям микро-машинной обработки. При этом внедрение новейших технологий в производство, преследующее прежде всего цель повышения конкурентоспособности разрабатываемой аппаратуры за счет улучшения ее электрических характеристик, уменьшения массо-габаритных параметров, повышения надежности, сталкивается с существенными трудностями, связанными с обеспечением технологичности проектирования и производства.
В настоящее время широкое применение, как в аппаратуре коммерческого назначения, так и в специальной аппаратуре находят высокодобротные термостабильные СВЧ керамики в качестве материала для диэлектрических резонаторов и монолитных диэлектрических конструкций в частотноизбирательных системах (ЧИС) дециметрового и сантиметрового, а также миллиметрового диапазонов длин волн. Керамические материалы с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости (свыше 20) позволяет существенно уменьшить размеры, как отдельных элементов таких систем, так и самих ЧИС, при обеспечении хороших электрических параметров и высокой устойчивости к действию внешних факторов.
Отличительными особенностями ЧИС, созданных на базе диэлектрических резонаторов, являются наличие сложной системы крепежных конструкций, обеспечивающих устойчивость ЧИС к механическим воздействиям при сохранении достаточно высокой добротности резонаторов, и присутствие элементов связи относительно сложной формы, обеспечивающих возбуждение рабочего типа колебаний в резонаторах. Особенностью ЧИС на основе монолитных диэлектрических конструкций является наличие печатных проводящих элементов на поверхности диэлектрического блока, обеспечивающих

элементов в направлении линии, проходящей через центры отверстий, длиной, а размеры в перпендикулярном направлении - шириной.
Связь между соседними резонаторами обеспечивается как электрическим полем между краями укорачивающих площадок (емкостная связь), так и электромагнитным полем токов, текущих по металлизированным поверхностям отверстий («объемная» связь). При малой величине зазора между краями укорачивающих площадок будет превалировать емкостная связь. Так, связь между крайними резонаторами и контактными площадками носит емкостной характер.
Собственная частота резонатора определяется как размерами укорачивающей площадки, так и емкостной связью между укорачивающей площадкой данного резонатора и укорачивающими площадками соседних резонаторов, контактными площадками, боковой металлизацией диэлектрического блока. Поэтому изменение коэффициента связи между соседними резонаторами за счет изменения их укорачивающих площадок приводит и к изменению собственных частот этих резонаторов.
Поскольку монолитные фильтры разрабатываются на основе блоков, изготовленных из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (е,>30), то поле в основном концентрируется внутри диэлектрика. Это обуславливает малые потери на излучение и, в случае размещения фильтра внутри металлизированного корпуса (экрана), сравнительно малое влияние высоты экрана.
На начальном этапе синтеза фильтра необходимо выбрать диэлектрический блок и начальные размеры печатных элементов конструкции фильтра. Удачный выбор базовой конструкции позволит существенно уменьшить время проектирования фильтра, в то время как неудачный выбор может привести к отрицательному результату в силу одной из следующих причин:
- если высота блока близка к четверти длины волны в диэлектрике на