Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах

• Автор: Сычев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 355 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ С

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. УРОВЕНЬ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ СВЧ

УСТРОЙСТВ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современные области применения управляемых СВЧ устройств

1. Цифровые СВЧ-модуляторы (20). 2. Электрически управляемые корректоры частотных характеристик (22). 3. Линеаризированные усилители (23). 4. Поляризационные манипуляторы для систем поляризационной радиолокации (26)
1.2. Функционально-структурная классификация управляемых СВЧ устройств. Физические принципы работы, сравнительный анализ

1.2.1. Функциональная классификация управляемых СВЧ устройств

1.2.2. Структурная классификация управляемых СВЧ устройств

1. Устройства с механическим и электромеханическим управлением (31).
2. Оптически управляемые СВЧ устройства ( 34). 3. Электрически управляемые СВЧ устройства ( 34). 4. Управляемые СВЧ устройства на основе пленок с высокотемпературной сверхпроводимостью (37).
1.3. Схемы, конструкции и характеристики интегральных сосредоточенно-
распределённых управляемых СВЧ устройств
1. Монолитные модуляторы ( 38 ).2. Гибридные фазовращатели ( 43 ).
3. Монолитные фазовращатели ( 43 ). 4. Фазовращатели на основе фильтрующих и резонансных звеньев ( 47). 5. Управляемые устройства с активными индуктивностями и отрицательными сопротивлениями ( 49).
6. Аттенюаторы (51)
1.4. Современная элементная база управляемых СВЧ устройств
1. Полупроводниковые диоды и транзисторы, используемые в качестве управляющих элементов ( 53). 2. Подходы при создании новых приборов следующего поколения ( 55 ). 3. Гетероструктурные полевые транзисторы ( 57 ).
4. Гетеропереходные биполярные транзисторы ( 58 ). 5. Применение кремния и БЮе в СВЧ и КВЧ диапазонах ( 59 ). 6. Электромеханические и микроэлек-
тромеханические структуры (59 )
1.5. Выводы из обзора. Задачи исследования
2. КОНЦЕПЦИЯ СОСРЕДОТОЧЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
УПРАВЛЯЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ
2.1. Проблема улучшения технических показателей управляемых СВЧ устройств и направления её решения
2.2. Принципы построения распределенно-сосредоточенного управляемого
СВЧ устройства. Обобщенная структурная схема

2.3. Основные предположения и подходы при анализе управляемых
СВЧ устройств и многомодовых полосковых структур
2.4. Обобщенные эквивалентные схемы управляемых секций на основе многомодовых полосковых структур !
3. МОДЕЛИ МНОГОМОДОВЫХ ПОЛОСКОВЫХ СТРУКТУР
КАК БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЯЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ . .
3.1. Интегральные многомодовые полосковые структуры как базовый
элемент управляемых СВЧ устройств
1. Классификация интегральных многомодовых полосковых структур (75). 2. Типы связанных линий, соответствующие предельным случаям расположения и геометрической формы проводников (77). 3. Связанные линии с внутренним экраном (78 )
3.2. Основные допущения и подходы к анализу многомодовых полосковых структур с квази-Т волнами. Выбор метода конформных отображений . .
1. Краткий обзор методов анализа полосковых структур (81). 2. Выбор метода конформных отображений и его теоретическое обоснование (84).
3.3. Основные этапы процедуры анализа многомодовых полосковых структур комбинированным квазистатическим методом подобластей и конформных отображений
1. Принципы декомпозиции поперечного сечения структуры (86).
2. Определение емкостей ячеек методом конформных отображений (87). 3. Принципы рекомпозиции (90).
3.4. Декомпозиция поперечного сечения интегральных многомодовых структур на подобласти. Учёт неоднородности диэлектрического заполнения
3.5. Конформные отображения расчётных многоугольных областей
3.5.1. Систематизированный каталог расчётных многоугольных областей
3.5.2. Отображение квадранта с вырезом по лучу на верхнюю полуплоскость
3.5.3. Отображение квадранта с вырезом по отрезку на правый верхний квадрант
3.5.4. Отображение прямоугольника с вырезом по отрезку на правый верхний квадрант
3.6. Элементарные ячейки, вычленяемые из поперечного сечения интегральных многомодовых полосковых структур. Канонические ячейки

3.7. Анализ брусчатой полосковой линии на многослойном диэлектрике .... 115 1. Общие соображения (115). 2. Основные расчетные соотношения для многослойной БПЛ (115). 3. Результаты (119)
3.8. Анализ брусчатой копланарно-желобковой линии
3.9. Анализ связанных микрополосковой и копланарно-желобковой линий
1. Декомпозиция поперечного сечения связанных линий (125). 2. Параметры пятиугольной области (127). 3. Частичные емкости на полуполосе (131). 4. Ёмкости системы прямоугольного поперечного сечения с однородным диэлектриком и с тремя электродами (134). 5. Емкость в прямоугольной области (135). 6. Матрицы погонных емкостей и индуктивностей связанных МП КПЖЛ (135). 7. Численные и экспериментальные результаты (136).
3.10. Анализ связанных микрополосковых линий с дополнительной копла-
нарно-желобковой линией на обратной стороне подложки
1. Постановка задачи (139). 2. Декомпозиция структуры (140).
3. Результаты численного моделирования и эксперимента (143).
3.11. Анализ многоэлектродных ячеек, вычленяемых из поперечного сечения многопроводных полосковых структур
3.12.Многоэлектродные многослойные ячейки, анализируемые методом вложенных подобластей с идеальными границами
3.13. Многопроводные полосковые структуры
3.14. Выводы
4. СХЕМОТЕХНИКА УПРАВЛЯЕМЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ.
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМЫХ СЕКЦИЙ,
ПОСТРОЕННЫХ НА ОТРЕЗКЕ СВЯЗАННЫХ ЛИНИЙ.
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СЕКЦИЙ
4.1. Параметры многомодовых полосковых структур с квази-Т волнами в терминах теории графов
4.2. Обобщённые модели управляемых секций на отрезке нагруженных связанных линий
4.2.1. Схема верхнего уровня обобщения для управляемой секции, построенной на основе отрезка связанных линий
4.2.2. Расчетные соотношения для пяти обобщённых схем восьмиполюсников редуцируемых к эквивалентным четырёхполюсникам
4.2.3. Систематизированный каталог схем и режимов работы восьмиполюсника редуцируемого к эквивалентным четырёхполюсникам с учётом нумерации плеч. Схемы нижнего уровня обобщения

Эти УУ станут объектом нашего дальнейшего рассмотрения, поэтому их целесообразно сгруппировать по физическому принципу работы, выделив агрегатное состояние и тип рабочего тела или управляющего элемента (см. рис. 1.10) Подробно не останавливаясь на УУ с «газообразной» управляющей средой (газоразрядных [50] и электровакуумных), а также на У У с жидким диэлектриком [51] или сыпучим материалом [52], сразу перейдём к твердотельным УУ [53,54,55,56,57,58,59].
Классификация твердотельных УУ, представленная рис. 1.12, содержит следующие их типы: 1)ферритовые [60]; 2) полупроводниковые [53,54,57,58]; 3) сегнетоэлектрические [28,61,62]; 4)УУ на основе микроэлектромеханических структур (МЭМС) [45]; 5) криогенные УУ на основе пленочных материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП) [61]. Автор работы [56], в которой представлены направления поиска новых физических явлений в твердом теле для использования в электронике СВЧ, утверждал в 1980г, что выбор физического явления как основы СВЧ электроники будущего ещё не сделан. Однако несколькими годами позже было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости, и он обратил свой исследовательский интерес именно на это явление [63]. Но как показывает время, по-видимому основой СВЧ электроники являются всё же новые полупроводниковые материалы.
Сравнительный анализ твердотельных УУ проведем после рассмотрения их конструктивно-технологической реализации, которая весьма разнообразна и претерпевает в настоящее время период динамичного развития. Выбор конструктивнотехнологического исполнения определяется в первую очередь техническими требованиями, в частности диапазоном рабочих частот и мощностью СВЧ сигнала, а также производственно-экономическими требованиями, например, таким как серийность производства.
Итак, по конструктивно-технологическому критерию все УУ можно разбить на четыре большие группы: а) волноводные; б) коаксиальные; в) интегральные по-лосковые/микрополосковые; г) комбинированные. Только два последних типа конструкций позволяют создавать высокотехнологичные узлы и модули, а именно: а) узлы на полосковых платах, б) гибридные и монолитные интегральные схемы с