Резонансные полосковые структуры и частотно-селективные устройства на их основе с улучшенными характеристиками

• Автор: Сержантов, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 316 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОЛОСКОВЫЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫЕ И УПРАВЛЯЕМЫЕ УСТРОЙСТВА В ТЕХНИКЕ СВЧ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Частотно-селективные устройства на основе полосковых линий передачи
1.2 Полосковые электрически управляемые устройства
1.2.1 Области применения и классификация управляемых устройств СВЧ
1.2.2 Устройства с механическим или электромеханическим управлением
1.2.3 Оптически управляемые СВЧ-устройства
1.2.4 Электрически управляемые СВЧ-устройства
1.3 Проблемы, стоящие на пути создания современных частотно-селективных и управляемых устройств СВЧ
ГЛАВА 2. МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ СВЯЗИ ПОЛОСКОВЫХ РЕЗОНАТОРОВ
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ СВЯЗИ МИКРОПОЛОСКОВЫХ РЕЗОНАТОРОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ
3.1 Коэффициенты связи регулярных микрополосковых полуволновых резонаторов..
3.2 Коэффициенты связи микрополосковых шпильковых резонаторов
3.3 Коэффициенты связи микрополосковых четвертьволновых резонаторов
3.3 Коэффициент связи резонаторов в микрополосковой модели одномерного электромагнитного кристалла
ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОЛОСКОВЫХ И МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МНОГОПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР
4.1 Концепция построения полосковых и микрополосковых резонаторов на основе многопроводниковых структур
4.2 Микрополосковые фильтры на основе многопроводникового резонатора нового типа со встречно-штыревой структурой проводников
4.3 Полосно-пропускающие фильтры на основе двухпроводниковых полосковых резонаторов на подвешенной подложке
4.3.1 Полосно-пропускающие фильтры на основе двухпроводниковых резонаторов со встречно-направленными полосковыми проводниками
4.3.2 Полосно-пропускающие фильтры на основе двухпроводниковых резонаторов на сонаправленных полосковых проводниках

4.4 Полосно-пропускающие фильтры на основе трехпроводниковых полосковых резонаторов на двухслойной подвешенной подложке
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ПОДХОДОВ К УЛУЧШЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ
5.1 Способы реализации дополнительных нулей коэффициента передачи на АЧХ полосно-пропускающих фильтров
5.2 Применение многомодовых резонаторов для реализации частотно- селективных устройств с улучшенными характеристиками
5.2.1 Расщепленный микрополосковый резонатор нового типа и частотноселективные устройства на его основе
5.2.2. Миниатюрный двухмодовый шпильковый резонатор на подвешенной подложке и полосно-пропускающие фильтры на его основе
5.3 Полосно-пропускающие фильтры со сверхширокой полосой заграждения на основе двухпроводниковых коаксиальных резонаторов
ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ РЕЗОНАТОРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СВЧ-УСТРОЙСТВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
6.1 Микрополосковое устройство защиты от мощного радиоимпульса на основе электромагнитно-связанных резонаторов с ВТСП-пленкой
6.2 Микрополосковые управляемые фазовращатели на основе электромагнитносвязанных резонаторов с активными средами
6.2.1 Резонансный принцип построения микрополосковых управляемых фазовращателей
6.2.2 Микрополосковый электрически управляемый фазовращатель на основе жидких кристаллов
6.2.3 Микрополосковые резонансные фазовращатели на основе магнитоуправляемых материалов
6.3 Управляемая линия задержки на основе микрополосковых резонаторов с варакторно-управляемым взаимодействием
6.4 Датчик на основе связанных микрополосковых резонаторов для определения диэлектрической проницаемости жидкостей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Частотно-селективные и электрически управляемые устройства сверхвысоких частот (СВЧ) являются важнейшими элементами современных радиотехнических систем. Они широко используются в системах связи, в фазированных антенных решетках (ФАР) радиолокационных станций, а также в различной измерительной и специальной радиоаппаратуре. Среди большого разнообразия частотно-селективных и управляемых устройств, применяемых в современных радиотехнических комплексах и системах, наиболее востребованными являются полосно-пропускающие фильтры, а также амплитудные и фазовые модуляторы. Так, в бортовых фазированных антенных решетках последнего поколения с электронным сканированием направления луча количество таких устройств может достигать нескольких сотен, поэтому именно они зачастую определяют тактикотехнические характеристики всей системы. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к таким устройствам, являются миниатюрность, технологичность в производстве, низкая стоимость и высокие электрические характеристики. По совокупности перечисленных требований оптимальными являются устройства на основе полосковых и микрополосковых линий передачи, создаваемые по планарной технологии. Несомненно, что поиск новых подходов и принципов построения таких устройств, обладающих улучшенными масса-габаритными и электрическими характеристиками, является важной и актуальной задачей современной радиофизики и радиотехники.
Как известно, качество полосно-пропускающих фильтров характеризуется, в первую очередь, селективностью, которая определяется рядом параметров амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Прежде всего, это крутизна склонов полосы пропускания, уровень затухания в полосе заграждения и ее протяженность, а также величина потерь на частотах полосы пропускания. Дальнейшее совершенствование устройств частотной селекции сигналов невозможно без исследований, направленных на улучшение перечисленных параметров. Полученные в результате таких исследований знания позволят проектировать устройства, удовлетворяющие конкретным техническим заданиям при использовании минимального количества

В [102] исследованы перспективные переключатели, подвижные элементы которых выполнены на основе высокоомных аморфных углеродных алмазоподобных пленок. Использование в радиочастотных МЕМ8-переключателях алмазоподобных пленок позволяет устранить эффекты «залипания» электродов, существенно понизить потери сигнала, реализовать высокие скорости переключений при сверхвысоких частотах коммутируемого сигнала (до 2 ГГц на подложках из кремния и свыше 10 ГГц на подложках из арсенида галлия).
Несмотря на все указанные выше достоинства управляемых устройств на основе МЕМ8-технологии им присущи и недостатки: низкая стойкость к механическим воздействиям, ограниченное количество переключений, возможный дребезг контактов, сравнительно низкое быстродействие, а также существование механических резонансов мембран на частотах порядка 20-100 кГц.
1.2.3 Оптически управляемые СВЧ-устройства
В последнее время наблюдается значительный рост числа публикаций, посвященных СВЧ-устройствам, управление в которых осуществляется оптическим излучением, т.е. — фотоуправляемым устройствам. Оптическое излучение применяется для управления параметрами генераторов, аттенюаторов, фазовращателей, фильтров, антенн [103-121]. Преимуществами фотоуправления являются низкая чувствительность к электромагнитным помехам, хорошая развязка между каналами сигнала и управления, быстродействие и, самое главное, возможность передачи управляющего сигнала по оптоволокну.
Различают прямой и непрямой способы фотоуправления. При прямом управлении оптическое излучение воздействует либо непосредственно на материал подложки СВЧ-устройства, либо на область р-и-перехода (если речь идет об устройстве с /?-я-переходами), (Рисунок 1.1 6а:). При непрямом способе управляющий оптический сигнал преобразуется фотодиодом или фоторезистором в электрический, который затем используется для управления СВЧ-устройством (Рисунок 1.16б).