Введение 5
1 Моделирование волноведущих устройств. Обзор литературы 6
1.1 Использование SD-печати при создании волноведущих устройств 6
1.2 Микрополосковая линия передачи 14
1.3 Микрополосковый резонатор 18
1.4 S-параметры и КСВн 20
1.5 Выводы 24
2 Программное обеспечение и оборудование 25
2.1 Система CAD проектирования 25
2.2 Измерительная установка 28
3 Практическая часть 30
3.1 Создание 3D прототипа микрополоскового резонатора 30
3.2 Моделирование микрополосковой линии, содержащей нерегулярность 36
Заключение 43
Список использованных источников и литературы 45
В последнее время во всем мире широко развивается технология 3D печати. Она применяется в строительстве, автоиндустрии, медицине и других сферах при изготовлении изделий сложной формы. Имеются публикации о разработках компонентной базы СВЧ техники . Как правило, это объемные волноведущие системы. Поиск новых путей создания данных систем позволить дополнить информацию о возможных способах построения СВЧ элементов.
Цели работы состоят в создании 3D-моделей тех структур, которые будут характеризоваться высоким согласованием в линии и будет возможно их построение с помощью послойной 3D-печати диэлектрической подложки, а также построении образца МПР и проведении сравнительного анализа характеристик реальной и промоделированной структур.
Для достижения указанной цели нужно решить следующие задачи:
• Изучение литературных источников, согласно тематике работы;
• Освоение программ схемотехнического 3D-моделирования и ЭМ анализа трёхмерных структур.
• Создание SD-моделей линий передачи с различной структурой диэлектрической подложки и исследование ЭМ характеристик.
• Ознакомление с принципом работы скалярного анализатора цепей для измерения характеристик радиоустройств.
• Создание прототипов резонаторов по гибридной технологии с меднением диэлектрика при помощи различных клеевых соединений.
• Снятие параметров рассеяния изготовленных прототипов.
• Сравнительный анализ электромагнитных характеристик виртуальной модели и изготовленного прототипа резонатора.
• Оценка качества созданного устройства и возможностей применения аддитивных технологий в создании полосковых структур.
В отчете приведены результаты моделирования и разработки прототипа регулярного микрополоскового резонатора.
Была построена модель регулярного полоскового резонатора в программе CST Studio Suite, проведено моделирование ЭМ-характеристик с учетом емкостной связи, получена матрица параметров рассеяния для данной математической модели.
Собран прототип резонатора по гибридной технологии с помощью 3D- печати и измерены его параметры рассеяния.
Полученные результаты показывают, что значение резонансной частоты для реального устройства находится в пределах 1% от частоты виртуальной модели. Разброс значений 5-параметров виртуальной и реальной моделей устройств связан с технологией изготовления и измерения.
Полученные результаты необходимы при разработке прототипов микрополосковых устройств, изготовляемых с помощью ЗИ-печати на основе рассматриваемых материалов.
В дальнейшем необходимо отработать технологию изготовления полосковых структур:
• Возможность непосредственного нанесения на подложку в момент печати электропроводящих материалов;
• Исследовать механическую прочность соединения металл-диэлектрик.
Проведено моделирование МПЛ с локальным включением сложных композитных структур.
Рассмотрено влияние электромагнитных характеристик структурных элементов - включений из разных диэлектриков, на распространение электромагнитных волн в устройстве.
Результаты показывают, что даже локальные включаемые структуры оказывают сильное влияние на распространение волны в линии, что может пригодиться при проработке новых методов создания полосковых устройств.
Результаты моделирования были представлены на XVII Всероссийской конференции Студенческих научно-исследовательских инкубаторов, г. Томск, 2020.
Благодарю за помощь в изготовлении образцов МПР А.В. Бадьина, доцента каф. радиоэлектроники, и за помощь в проведении измерений полученных изделий В.А. Журавлева, доцента каф. радиоэлектроники.
Измерения проводились на оборудовании центра коллективного пользования Томского государственного университета «Центр радиофизических измерений, диагностики и исследования параметров природных и искусственных материалов»
