Исследование микрополосковых структур и частотно-селективных устройств на их основе

• Автор: Беляев, Борис Афанасьевич
• Шифр специальности: 05.12.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 59 с.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1. Актуальность теш.
Частотно-селективные устройства (полосно-пропускающие и режек-торные фильтры, диплексеры, мультиплексеры и-др.) являются важнейшими элементами техники связи и радиолокации. Они широко применяются также в различной измерительной и специальной радиоаппаратуре.. Нередко частотно-селективные устройства (ЧСУ) определяют габариты аппаратуры, а также ее качество и надежность. Как известно, в конструкциях таких устройств используются резонансы электромагнитных волн и различных твердотельных колебаний. Поэтому исследования, направленные на разработку новых миниатюрных ЧСУ, отличающихся улучшенными характеристиками являются важной и актуальной задачей.не только современной техники, но и физики.
В предлагаемой работе проведены экспериментальные и теорети-
ческие исследования распространения электромагнитных волн в сложных микрополосковых структурах на подложках из различных материалов, В частности, исследованы спектры собственных колебаний нерегулярных микрополосковых резонаторов (МНР) и поведение частотно-зависимых коэффициентов связи от параметров взаимодействующих резонаторов. Обнаруженные закономерности нашли физические объяснения и были использованы при разработке многих оптимизированных конструкций миниатюрных ЧСУ. Кроме того, проведенные исследования позволили создать оригинальные СВЧ датчики, чувствительные к диэлектрическим и магнитным проницаемостям материалов, к постоянным и высокочастотным
ги .м полям, к падающей мощности СВЧ колебаний. Этот факт также
олртквает актуальность работы - как известно, задача создания гибельных датчиков во все времена является одной из самых важ-тля экспериментальной физики и для техники.
.О" основе исследованных СВЧ датчиков были разработаны методики ...уяэния .диэлектрических и магнитных проницаемостей материалов в

метровом и дециметровом диапазонах волн. Созданные автоматизированные высокочувствительные установки для физических исследований позволяют наблюдать неоднородности магнитных пленок методом ферромагнитного резонанса локальных участков, фиксировать изменение релаксационных процессов в жидких кристаллах при варьировании постоянных электрических, магнитных полей и температуры. Разработанные датчики позволили также изготовить оригинальные приборы: измеритель проходящей СВЧ мощности и измеритель жирности молока.
Одним из важнейших результатов настоящей работы является то, что разработанные в ней физические принципы открывают пути дальнейшего совершенствования и оптимизации конструкций многих микрополос-ковых устройств, а также открывают новые возможности в исследовании различных материалов на СВЧ.
2. Состояние вопроса к началу исследования но теые диссертации.
1) Частотно-селективные СВЧ устройства. Проблема миниатюризации частотно-селективных СВЧ устройств, в частности фильтров, в первую очередь продиктована необходимостью уменьшения габаритов бортовых радиолокационных станций и систем связи. Как известно, самыми миниатюрными фильтрами, широко используемыми в технике в настоящее время, являются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [1]. К основным достоинствам этих фильтров можно отнести высокую технологичность изготовления и низкую стоимость при массовом производстве. Однако, в полной мере эти достоинства реализуются лишь на "низких" частотах, включая метровый диапазон волн. Главными недостатками фильтров на ПАВ являются сравнительно больше вносимые потери и необходимость фотолитографии высокого разрешения. Изготовление фильтров на ПАВ для дециметрового диапазона волн, сталкивается с проблемой электронной литографии сверхвысокого разрешения, а также с существенным возрастанием вносимых потерь [2]. Поэтому приме-

л8нив различных магнитных неоднородностей но площади пленок . толщиной до 0.01 мкм с шагом до 0.3 мм.
Как правило, используемые ИМПР в качестве датчиков приборов или установок, являются задающими резонаторами СВЧ генераторов [12, 45, 53]. При этом используется резонанс первой или второй моды колебаний ИМПР в зависимости от необходимости измерения диэлектрических или магнитных характеристик материалов. Определение же измеряемых величин осуществляется по изменению частоты и амплитуды генерации, после соответствующей калибровки устройства на эталонных образцах.
Проведенные нами исследования [63, 71, 74] показали, что положение и глубина полюса затухания, существующего на АЧХ двухзвенных микрополосковых секций (см. рис. 7) зависит не только от конфигурации полосок, но и от диэлектрических параметров подложки. Причем чувствительность полюса затухания значительно выше чувствительности резонансов МНР к изменению диэлектрической проницаемости подложки. Поэтому, предложенный нами способ измерения диэлектрической проницаемости подложки [102], основанный на регистрации полюса затухания двухзвенной секции, по крайней мере на порядок точнее традиционного резонаторного. Поэтому он, а частности, позволяет сравнительно просто проводить температурные исследования параметров подложек, изготовленных даже из термостабильных материалов [-84 ].
На основе двухзвенных секций нами разработано множество конструкций датчиков, в .которых сигнал образуется в результате смещения полюса затухания или изменения его глубины под каким-либо внешним воздействием. Такие датчики по сути являются высокочастотными мостами, сбалансированными на частоте полюса затухания. На этой частоте, как уже отмечалось, индуктивное взаимодействие между полосками компенсируется емкостным. Изменение каких-либо параметров моста, например, взаимной емкости или взаимной индуктивности между полос-