Введение к работе
Актуальность темы.
Одной из важнейших задач радиоэлектроники СРЧ диапазона является совершенствование качественных показателей фильтров, которые являются одними из сакых распространенных устройств в радиотехнических система): <РТС) , и во многом определяют параметры лос яеднмя в ЦЄЛОМ.
Повышение требований к массогайаритным показателям Р7С обуславливает создание и миниатюризации фильтров СВЧ диапазона с применением элементов на базе полосковых и микрополоскоэых линий передачи.
фильтры СиЧ (в диапазоне частот до 6 ГГц) выполняются« в основном, на отрезка* регулярных линий передачи (РЛП). При* относительной простоте проектирования и изготовления эти фильтры часто не удовлетворяют современным требованиям по уровнн> конетруктивно-текнологическим и параметрическим показателей, а именно:
Практически все фильтры на отрезкам РЛП имеют паразитные полосы пропускания (заграждения), что значительно снижает качественные показатели РТС на ил основе.
В большинстве случаев невозможно создание фильтров с Большой крутианой АЧХ Снапример КауэровскоЙ АЧХ), что приводит к увеличению числа звеньев и потерь в полосе пропускания.
Широко применяемые при проектировании СРЧ систем фильтры имеют (большие ограничения при реализации и рвлйится нетехнелогичными.
В фильтрам с непосредственными связями и широкими полосами пропускания требуемые величины зазоров могут быть практически не реализуемы.
Отсутствие возможности варьирования геометрических размеров ' четверть- и попуволновых резонаторов, что снижает ич уровень конструктивної'» приспособляемости.
Указанные недостатки в значительной мере могут бы*!» прео-допены при проектирование фильтров на основе новой > чемечтной басы - нерегулярным линиям передачи (НЛП), т.е. линия: переданії с изменяющимися параметрами вдоль направление раегюсг гранения
>НРПГЦН.
Однако, нерегулярней линии передачи в настоящее время при проектvtpoiiйнии фильтрующих устройств применяется дост&т очнп редко, что можно объяснить слсутствке-н хорошо, разработанного математического аппарата і сложностью иди устных математических моделей <г!Ю НЛП в гюлсскоеом и микрополасковом исполнении» отсутствием у разработчика СВЧ йпп<ардгурь# пакета** прикладным прогреем <НПП>, которые пи;)ы. лймт лро?>,")мровать Фильтрь* Г)1?Н на осмсшу неразрывности с «емотехничесних и кометруктиено-1 опс'логических acntv і с;ь нроиктироьани'Д.
I а к им оорй^ом, соод«ние эффективны/ ММ новой элементной. гіаїзи на основе М.ЯП, методов и алгоритмов проектирования филы-рев с применением ИЛП, наса^неныа, йвляьісй актуальном задачей» реи)*ени& которой будет cnocctiCTBOBdn, повышению качес твенныч .ч««рак t еригттик и сокращению времени и затрат на разработку С&Ч фильтров *
Цель раеоты.
Разработка, методов исслелоьании и алгоритмов синтеза фильтроа с применением НГ1П в полосковом и микра^юлос ковом исполнении, обеспечивалщи* характеристики» близкие к максимально-досі ижимыи для конкретной структуры Фильтра на основе использования средств к методой автоматизированного Проектирование.
Задачи исследОб«*ния*
1- Разрайоткл математический моделей одиночной и связанных плавно-- ч с (упенчот онерегулярмы.ч линий передачи с различными законами изменения пргонньїх параметров 1 а т&«<же математических моделей звеньев фильтров.
2. 3*КСПЄрИМС'НТсіЛЬНОЄ 11ССЛ<аАОВЫШ& фПЛЬ ГруніЩИК СВОЙСІЬ
ііавньее Фильтров на основе НЛЛ с точки зрения ну. применимости дпя спадания фильтров СВЧ различного нойначения.
3. F'rtDp^ooTKa методов и алгоритмов посек трсе^чнй сс-.^ль гро*'
на основе НЛП, позволяющие!
- провадить расчет и исслрдоеаиие- ^inp^t vpoe cRtnt-tu Ф; (ль7ров;
- FJtti ЮПИ ЯТЬ ПрОЦЄ/?УрУ Ct'HTCSa С 7 рук ^УР=1 ІНЛЇ.Л {'-.( и опред«?"
'Т« гь ficipavetpi-f сэееньг-й с цгльм построения моп.иььм::? f ьд ян r« a t; ни
фильтров, удовлетворяющий электрическим требованиям технического задания на разработку;
- выполнять анализ предложенных вариантов фильтров по электрическим и конструктивно—топологическим характеристикам с целью выбора из их числа оптимального вариант* фильтра.
Аш Разработка и реализация математических моделей печень ре фильтрое в составе комплекса паквтов прикладных программ (ППП) автоматизированного проектирования палссковмх фильтро».
5. Проектирование и исследование конструкций Фильтров в диапазоне частот 0.1 ..,6 ГГи с высокими качественными показателями на основе отрезков одиночных и связанных плавно- и сту-пенчатонерогулярных линий передачи, а также с применением сосредоточенно-распределенных элементов.
Методы исследования.
При решении поставленных оадач использованы: теория матриц, теория цепей с распределенными параметрами, методы вычислительной математики! линейного и нелинейного программирования с реализацией соответствующих алгоритмов на ЭВМ.
Научная новизна.
1- Разработаны Математические модели элементов фильтров для ППП на основе одиночных и связанных нерегулярных линиям передачи с "плавным" и "ступенчатым" законами изменения погонных параметров, которые реализованы е виде программных модулей ППП САПР.
-
Проведены подробные исследования фильтрующих свойств одиночных и связанным плавно и ступенчатонерегуляриыи линий передачи симметричного и несимметричного исполнения с различными законами изменения погонных параметров.
-
Разработан метод синтеза множества структурных и конструктивно—топологических реализаций фильтров различного назначения, удовлетворяющих поставленным требованиям к параметрам и технической реализуемости, определены предельные» значения парамтрсв, обусловленные технологическими ограничениями и локэ-занм метолм их преодоления»
-
Сформулиров-эни и реализованы на ЭВМ алгоритмы исследо-яамиэт качественных по:-.'а?атр пей, кот пени пчлямі тс<1 основой
построения математических и физическим моделей фильтров СВЧ с применением НЛП* которые использумгся для построения моделей Фильтров и их звеньев для ППП и САПР.
ft* Предложен инженерный метод и алгоритм определения пара-метро» наиболее перспективных ьазпаы:! >лем(=мтов по заданным частотным характеристикам.
Практическая значимость.
1, Предложенные методы проектирования поааоляюг выбрать
структурную си ему и полунить конструктиізно-топологоческую реа
лизацию в соответствия с предьяьленными к фильтру трееоеаннями
и определить параметры его элементов.
2. f «заработанной- ППП поаасляет проводить исследование и
оптимизацию jjiuii гричвских характеристик проектируемого фильтра»
расчет топологии и оптимизации) физической модели.
3- Математические модели элементов Фильтров {^а^оаь'е >ле* менты) на основи ІМЮ е рамках САПР позволяет расширить функциональные возможности последним и сократить сроки и затраты на проектирование малогабаритный устройств и систем СВЧ на их пенсе е. Область применимости мітєматических моделей огоаничи-~ еаєгтен кеазнстатическим приближением, которое использовалось лрм построении моделей НЛП.
4* Предложенные математнчеткие и физические модели, методы и алгоритмы проектирования позволяют проектировать конструкции малогабаритнык полоскоюих фильтров с высокими качественными показателями в диапазоне частот 2-І ...б ҐҐЦ, обладаниях малыми потерями,
Вклад Нигера выражается в пост аиовке ряда о^дач, в получении и интерпритаиии результатна теоретических и экспериментальных исследований фильтрующих свойств ешеньев фильтров на основе НШЧ Формализации и доведения оадач до программный модулей, разработке* и отладке ПИЛ на j*BM-
Рйализации и внедрения результатов.
Ы&учные* рр?й»ультеі гы, полученные? в д^.-ссертаиии, испольау^тз при проседании НИР и ОКР нв к*федре конструирование и ге-<нсло* ( ии радиоэлектронным средств (КТРС) Новосибирского злектротем-
f ui4i»r:i:or о иис ihtv га (КЭТИ) . Иат рмагичечгкиг» моде?ли 6.''.т;вы;! * п«—
- "7 -
ментп9 на НЛП использую тс * в составе ППИ SA/C.
Результаты работы используется б учебном процессе Новосибирского электгюте;:мического института (НЭ'ТИ) , а также на пУо "fcipra" г.Берлск. Отдельные результаты включены в программу дисциплины "Конструирование СВЧ устройств и эк-р*нов", подготовлены методические указания для студентов.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докл&дьюались и обсуждались на постоянно действующих научных семинарах кафедры Конструирования и технологии радиоэлектронных средств, на ежегодным всесоюзных и международным научно—техническим конференциям .
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликоаано 9 работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиям» тезисы докладов на всесоюзной и международным конференциям, подготовлена 2 отчета о HVIP*
На защиту выносятся;
1. Математические модели одиночный и связанных ИЛИ кото
рые являются вазовыми элементами пи и проектировании фильтрпе) с
различными Ридами нерегулярности.
2, Результаты исследований фильтрующим сзойств базовых
элемечгсэ н& основе НЛО"»
-
Метод и алгоритм проектирования структурным и конструктивно- топологические реализаций лолотковым фильтров, которые удорлетпоряют поставпрмиым требованиям к параметрам раэрабаты-r.-spHora устроічс тй ?,.
-
Метод и алгоритм определения параметров наиболее перспективний (-а;зоен>: -*лем(еи7ое по падтшь'М частотным маракте-* рис. тикам.
-
Г'езу льт дты исследования пред^льно-дос гияимых .*»-пектри-чески;: параметров полоскоеых г!»)П плдмарногі и релье.смпм структуры г. учетом технологически:; огрлхи -і^нніі.
-
Результаты раг^рлігогкн и исследование пояоскпеы:? Филг-г-ров г тзчдамными ^гарак ї рриг. ти1<^Н11 на осипе р» гртгу.пярник и м«?р^г v
- ft -
лирных одиночных м связанны* линий передачи с различными видами нерегулярности.
Структура и с&ъ&м раооты.
Диссертационная раеога изложена на 96 страница» машинописного такста* иллюстрируется >1 рисункоч, содержит 4 таблицы и состоит пса введения» четыр&н г лак, зйк'лиінения, списка ИСПО-Л»~ оу*?мым источников и приложений.