Помощь студентам в учебе
МИНИАТЮРИЗАЦИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ
|
1 ОБЗОР МЕТОДОВ МИНИАТЮРИЗАЦИИ 6
2 РАСЧЕТ МИКРОПОЛОСКОВЫХ МОСТОВЫХ УСТРОЙСТВ 17
3 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИНИАТЮРНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ -
УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ФИЛЬТРОВ 22
3.1 ЗНАКОМСТВО СО ВСТРОЕННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ АМЯ ХЛЕТЕЯ 22
3.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИНИАТЮРНЫХ МОСТОВ 30
4 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СТЕПЕНЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ 36
4.1 ВЛИЯНИЕ ПОРЯДКА ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ НА СТЕПЕНЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 36
4.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 42
4.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОДЛОЖКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 45
4.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
ПОДЛОЖКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ 48
5 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ МОСТОВ 52
5.1 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ТРЕХШЛЕЙФНОГО МОСТА 52
5.2 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ КОЛЬЦЕВОГО МОСТА 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64
2 РАСЧЕТ МИКРОПОЛОСКОВЫХ МОСТОВЫХ УСТРОЙСТВ 17
3 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИНИАТЮРНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ -
УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ФИЛЬТРОВ 22
3.1 ЗНАКОМСТВО СО ВСТРОЕННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ АМЯ ХЛЕТЕЯ 22
3.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИНИАТЮРНЫХ МОСТОВ 30
4 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СТЕПЕНЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ 36
4.1 ВЛИЯНИЕ ПОРЯДКА ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ НА СТЕПЕНЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 36
4.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 42
4.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОДЛОЖКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МИНИАТЮРИЗАЦИИ 45
4.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
ПОДЛОЖКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ 48
5 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ МОСТОВ 52
5.1 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ТРЕХШЛЕЙФНОГО МОСТА 52
5.2 МИНИАТЮРИЗАЦИЯ КОЛЬЦЕВОГО МОСТА 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64
РЕФЕРАТ
Разработка макетов миниатюрных микрополосковых СВЧ-устройств.
Пояснительная записка содержит 69 страниц, 80 рисунков, 7 макетов, 11 таблиц, 16 источников.
Ключевые слова: двухшлейфный мост, трехшлейфный мост, кольцевой мост, миниатюризация, фильтр нижних частот.
Данная работа посвящена миниатюризации квадратурных и кольцевых мостовых устройств. Описана процедура проектирования миниатюрных конструкций, основанная на замене отрезка микрополосковой линии передачи на фильтр нижних частот, обладающий таким же фазовым сдвигом, что и заменяемый отрезок. Проведено моделирование предлагаемых конструкций и получены их частотные характеристики. Изготовлены опытные образцы, и измерены их характеристики, которые подтверждают работоспособность устройства.
Актуальность работы определяется, прежде всего, тем, что все чаще в микроволновом диапазоне возникает необходимость создания миниатюрных схем, с сохранением прежних характеристик. При проектировании использовалась современная программа AWR Design Environment.
Микрополосковые устройства СВЧ нашли широкое применение в различных областях радиотехники. Развитие технологии последних десятилетий расширило области применения таких устройств и, тем самым, выдвинуло новые направления их изучения. Одно из них на сегодняшний день это миниатюризация, поэтому необходимо изучать и разрабатывать эффективные методы, позволяющие уменьшить размеры привычных конструкций. Современные программы моделирования позволяют существенно ускорить процесс проектирования микрополосковых устройств. В данной работе использовалась программа AWR Design Environment - это прекрасно оснащенная виртуальная СВЧ лаборатория в одном программном пакете. Она позволяет производить синтез и проектирование радиочастотных схем с возможностью моделирования происходящих в них процессов.
Микрополосковый мост - это один из базовых элементов таких устройств как фазовращатели, сумматоры, смесители, конвертеры, диаграммо-образующие схемы антенных решеток и др. Данные устройства за счет простоты реализации и полезных свойств, нашли широкое применение в технике СВЧ. Двухшлейфный мост - это четырехполюсник, состоящий из двух 50-омных линий, соединенных между собой двумя 35-омными шлейфами. Такое устройство позволяет делить входную мощность поровну между его выходами. Существенное распространение микрополосковой техники обусловлено возможностью использовать при изготовлении технологию печатных плат, например, травление печатных проводников или вакуумное напыление.
Обычные двухшлейфные микрополосковые мосты состоят из четырех четвертьволновых отрезков линии передачи, однако, данные устройства занимают слишком много места, особенно на низких частотах, и, поэтому, оказываются не пригодными к использованию. Исходя из этого, возникает необходимость создания миниатюрных схем с сохранением прежних характеристик. На данный момент известно множество способов и методик, позволяющих сократить площадь, занимаемую микрополосковыми мостовыми устройствами на печатной плате. Однако, часть из предлагаемых авторами конструкций неудобны для изготовления, и большинство из них не позволяют сохранить характеристики устройства на том же уровне, что и для стандартных размеров.
В данной работе описан новый метод синтеза микрополосковых СВЧ- устройств, который обеспечивает реализацию оригинальных конструкций с меньшими размерами. Такой метод основан на замене отрезка микрополосковой линии передачи на фильтр нижних частот (ФНЧ), обладающий тем же фазовым сдвигом, что и заменяемый отрезок.
Разработка макетов миниатюрных микрополосковых СВЧ-устройств.
Пояснительная записка содержит 69 страниц, 80 рисунков, 7 макетов, 11 таблиц, 16 источников.
Ключевые слова: двухшлейфный мост, трехшлейфный мост, кольцевой мост, миниатюризация, фильтр нижних частот.
Данная работа посвящена миниатюризации квадратурных и кольцевых мостовых устройств. Описана процедура проектирования миниатюрных конструкций, основанная на замене отрезка микрополосковой линии передачи на фильтр нижних частот, обладающий таким же фазовым сдвигом, что и заменяемый отрезок. Проведено моделирование предлагаемых конструкций и получены их частотные характеристики. Изготовлены опытные образцы, и измерены их характеристики, которые подтверждают работоспособность устройства.
Актуальность работы определяется, прежде всего, тем, что все чаще в микроволновом диапазоне возникает необходимость создания миниатюрных схем, с сохранением прежних характеристик. При проектировании использовалась современная программа AWR Design Environment.
Микрополосковые устройства СВЧ нашли широкое применение в различных областях радиотехники. Развитие технологии последних десятилетий расширило области применения таких устройств и, тем самым, выдвинуло новые направления их изучения. Одно из них на сегодняшний день это миниатюризация, поэтому необходимо изучать и разрабатывать эффективные методы, позволяющие уменьшить размеры привычных конструкций. Современные программы моделирования позволяют существенно ускорить процесс проектирования микрополосковых устройств. В данной работе использовалась программа AWR Design Environment - это прекрасно оснащенная виртуальная СВЧ лаборатория в одном программном пакете. Она позволяет производить синтез и проектирование радиочастотных схем с возможностью моделирования происходящих в них процессов.
Микрополосковый мост - это один из базовых элементов таких устройств как фазовращатели, сумматоры, смесители, конвертеры, диаграммо-образующие схемы антенных решеток и др. Данные устройства за счет простоты реализации и полезных свойств, нашли широкое применение в технике СВЧ. Двухшлейфный мост - это четырехполюсник, состоящий из двух 50-омных линий, соединенных между собой двумя 35-омными шлейфами. Такое устройство позволяет делить входную мощность поровну между его выходами. Существенное распространение микрополосковой техники обусловлено возможностью использовать при изготовлении технологию печатных плат, например, травление печатных проводников или вакуумное напыление.
Обычные двухшлейфные микрополосковые мосты состоят из четырех четвертьволновых отрезков линии передачи, однако, данные устройства занимают слишком много места, особенно на низких частотах, и, поэтому, оказываются не пригодными к использованию. Исходя из этого, возникает необходимость создания миниатюрных схем с сохранением прежних характеристик. На данный момент известно множество способов и методик, позволяющих сократить площадь, занимаемую микрополосковыми мостовыми устройствами на печатной плате. Однако, часть из предлагаемых авторами конструкций неудобны для изготовления, и большинство из них не позволяют сохранить характеристики устройства на том же уровне, что и для стандартных размеров.
В данной работе описан новый метод синтеза микрополосковых СВЧ- устройств, который обеспечивает реализацию оригинальных конструкций с меньшими размерами. Такой метод основан на замене отрезка микрополосковой линии передачи на фильтр нижних частот (ФНЧ), обладающий тем же фазовым сдвигом, что и заменяемый отрезок.
В результате выполнения магистерской диссертации был разработан метод миниатюризации микрополосковых направленных ответвителей и мостовых устройств с использованием фильтров низких частот. Метод заключается в замене участков линий передачи на фильтры нижних частот, дающие такие же фазовые сдвиги на центральной частоте и в ее окрестностях, и в проходящих через них сигналах, но имеющие при этом меньшую длину. Разработка производилась в три этапа: расчет, моделирование и реализация.
Проектирование проводилось с привлечением программы AWR ВБ, что позволило существенно уменьшить время на разработку миниатюрных устройств. Используя полученные результаты численного моделирования, были изготовлены опытные образцы устройств и проведены измерения их характеристик. Измерения СВЧ параметров разработанных мостов выполнялись с использованием векторного анализатора цепей 2УЛ&24.
Три компактных устройства с использованием фильтров пятого, седьмого и девятого порядков были исследованы при помощи численного эксперимента. Все миниатюризованные устройства имеют значительно меньшие размеры по сравнению с широко используемой топологией. Самый компактный и простой мост реализован с помощью фильтра пятого порядка и имеет размеры 13,5 мм х 14,5 мм = 195,5 мм2, что на 68,5% меньше размеров оригинального устройства. Однако, такое значительное уменьшение размеров привело к уменьшению рабочей полосы частот по уровню развязки -20 дБ примерно на 37% от устройства-прототипа. Также в ходе выполнения работы было исследовано:
а) Влияние частоты на эффективность миниатюризации. Стоит отметить, что с ростом частоты уменьшается степень миниатюризации. Это вызвано тем, что размеры свободного пространства внутри моста уменьшаются, а вместе с ним и площадь емкости, которую там можно разместить;
б) Влияние параметров диэлектрической подложки на характеристики устройств. Эффективность предлагаемого метода миниатюризации будет тем выше, чем тоньше выбранная подложка, и чем выше ее диэлектрическая проницаемость.
Также, были реализованы устройства с уменьшенными размерами трехшлейфного и кольцевого мостов. Площадь трехшлейфного моста составила 370,75 мм2, это на 66 % меньше чем у обычного трехшлейфного моста, при этом полоса рабочих частот имеет незначительный прирост. Также, уменьшен кольцевой мост на 83,7% и двойной кольцевой на 82,95%. Это показывает работоспособность метода для широкополосных устройств - сохранение способности уменьшения размеров в широкой полосе частот с сохранением прежних характеристик.
Полученные результаты показывают, что предложенный метод эффективен и может быть использован для миниатюризации не только микрополосковых мостовых устройств и направленных ответвителей, но и для любых устройств, включающих в себя участки микрополосковых линий передачи, обеспечивающих нужный для функционирования фазовый сдвиг. Таким образом задание на выполнение магистерской диссертации можно считать выполненным.
Результаты исследований были опубликованы в работах [13-16], кроме того, результаты работы над компактными устройствами были отправлены на областной конкурс НИРС "Научный Олимп".
Проектирование проводилось с привлечением программы AWR ВБ, что позволило существенно уменьшить время на разработку миниатюрных устройств. Используя полученные результаты численного моделирования, были изготовлены опытные образцы устройств и проведены измерения их характеристик. Измерения СВЧ параметров разработанных мостов выполнялись с использованием векторного анализатора цепей 2УЛ&24.
Три компактных устройства с использованием фильтров пятого, седьмого и девятого порядков были исследованы при помощи численного эксперимента. Все миниатюризованные устройства имеют значительно меньшие размеры по сравнению с широко используемой топологией. Самый компактный и простой мост реализован с помощью фильтра пятого порядка и имеет размеры 13,5 мм х 14,5 мм = 195,5 мм2, что на 68,5% меньше размеров оригинального устройства. Однако, такое значительное уменьшение размеров привело к уменьшению рабочей полосы частот по уровню развязки -20 дБ примерно на 37% от устройства-прототипа. Также в ходе выполнения работы было исследовано:
а) Влияние частоты на эффективность миниатюризации. Стоит отметить, что с ростом частоты уменьшается степень миниатюризации. Это вызвано тем, что размеры свободного пространства внутри моста уменьшаются, а вместе с ним и площадь емкости, которую там можно разместить;
б) Влияние параметров диэлектрической подложки на характеристики устройств. Эффективность предлагаемого метода миниатюризации будет тем выше, чем тоньше выбранная подложка, и чем выше ее диэлектрическая проницаемость.
Также, были реализованы устройства с уменьшенными размерами трехшлейфного и кольцевого мостов. Площадь трехшлейфного моста составила 370,75 мм2, это на 66 % меньше чем у обычного трехшлейфного моста, при этом полоса рабочих частот имеет незначительный прирост. Также, уменьшен кольцевой мост на 83,7% и двойной кольцевой на 82,95%. Это показывает работоспособность метода для широкополосных устройств - сохранение способности уменьшения размеров в широкой полосе частот с сохранением прежних характеристик.
Полученные результаты показывают, что предложенный метод эффективен и может быть использован для миниатюризации не только микрополосковых мостовых устройств и направленных ответвителей, но и для любых устройств, включающих в себя участки микрополосковых линий передачи, обеспечивающих нужный для функционирования фазовый сдвиг. Таким образом задание на выполнение магистерской диссертации можно считать выполненным.
Результаты исследований были опубликованы в работах [13-16], кроме того, результаты работы над компактными устройствами были отправлены на областной конкурс НИРС "Научный Олимп".
выдержки из магистерской диссертации - МИНИАТЮРИЗАЦИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ
содержание магистерской диссертации - МИНИАТЮРИЗАЦИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ