авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Анализ и синтез микроволновых объемных узкополосных ступенчатых эллиптических фильтров с реализацией на симметричной полосковой линии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кольцова Татьяна Сергеевна

анализ и синтез МИКРОВОЛНОВЫХ объемных УЗКОПОЛОСНЫХ СТУПЕНЧАТЫХ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ НА СИММЕТРИЧНой ПОЛОСКОВой ЛИНИи

05.12.07. – Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт - Петербург

2011

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича на кафедре «Технологий электронных средств, микроэлектроники и материалов» (в лаборатории «Синтез СВЧ устройств»).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Томашевич Сергей Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ДЕГТЯРЕВ Владимир Михайлович

кандидат технических наук

МОВСИН Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: ФГУП «Филиал НИИР-ЛОНИИР»

Защита диссертации состоится «____»_______________2012г.

в _____ часов на заседании диссертационного совета Д219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «____»___________2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор В. В. Сергеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Фильтры являются важной частью многих микроволновых устройств, применяемых в радиолокации, радионавигации, космической связи и аппаратуре для научных исследований. Они используются для частотной селекции микроволновых сигналов. Развитие современной радиоэлектроники предъявляет к фильтрам все более жесткие и противоречивые требования - стабильность параметров, высокое качество исполнения, малые габариты и вес, низкая себестоимость. В связи с этим разработчикам приходится усовершенствовать методы синтеза фильтров.

Наиболее часто в современной микроволновой технике используются фильтры Баттерворта и Чебышёва, то есть полиномиальные фильтры, однако в последнее время (особенно в США, Японии и России) широкое применение получили фильтры Золотарева – Кауэра, также называемые эллиптическими фильтрами (ЭФ), так как их электрические характеристики аппроксимируются с помощью эллиптических функций Якоби. Они обеспечивают более высокую избирательность, реализуются меньшим количеством схемных элементов при одинаковых с полиномиальными фильтрами требованиями к затуханию в полосе заграждения.



По методам синтеза микроволновых ЭФ имеется ряд научных публикаций, но инженерные расчеты остаются приближенными и трудоемкими, а изготовленные ЭФ в ряде случаев обладают характеристиками, отличными от заданных техническим заданием. Приходится проводить корректирующие инженерные расчеты, экспериментальные исследования и доработки, а также вводить элементы подстройки в конструкцию ЭФ.

Наиболее перспективным направлением в современном проектировании является моделирование микроволновых устройств, которое существенно увеличивает производительность труда разработчиков СВЧ аппаратуры. Создание базы различных моделей ЭФ позволяет улучшить и ускорить работу инженеров, полностью или частично отказаться от настройки изготовленных фильтров.

Диссертационная работа посвящена проектированию микроволновых объемных узкополосных ступенчатых ЭФ на связанных многопроводных линиях с реализацией на СПЛ. Они позволяют передавать сигналы большой мощности при меньших габаритах по сравнению с фильтрами другой конструкции (волноводными, коаксиальными и т. д.).

Учитывая вышеизложенное, разработка методов анализа и синтеза данного класса ЭФ является актуальной задачей.

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности проектирования микроволновых узкополосных ступенчатых ЭФ.

Основными задачами, решения которых необходимо для достижения поставленной цели, являются:

- модернизация метода синтеза микроволновых объемных узкополосных ступенчатых ЭФ;

- создание алгоритмов анализа и оптимизации вышеназванного типа фильтров;

- исследование разработанных конструкций экспериментальными методами.

Методы исследования.

Исследования проведены с использованием аппарата анализа цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами, теории линейных электрических цепей, теории матриц, теории связанных многопроводных линий, методов электродинамики и метода конечных элементов. Проверка теоретических положений выполнялась экспериментально и при помощи имитационного моделирования.

Научная новизна.

Модернизирован метод синтеза микроволновых объемных узкополосных ступенчатых ЭФ с реализацией на СПЛ. Проведено исследование влияния жесткости конструкции фильтра на его электрические характеристики (АЧХ, ФЧХ, затухания, КСВН вх/вых, ГВЗ, коэффициентов отражения).

Практическая ценность.

Модернизированный метод синтеза позволяет проектировать устройства с наилучшими, с точки зрения разработчика, электрическими характеристиками. Составлен подробный алгоритм моделирования и анализа объемных ступенчатых ЭФ. Исследованы пять различных структур микроволновых объемных узкополосных ЭФ на решетках круглых и прямоугольных стержней.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

Модернизированный метод синтеза микроволновых объемных узкополосных ступенчатых ЭФ на решетке прямоугольных стержней без учета диссипативных потерь;

экспериментальные исследования четырех типов объемных ступенчатых ЭФ;

подробный алгоритм имитационного моделирования объемных ЭФ;

анализ пяти моделей ЭФ и исследование влияния жесткости конструкции на электрические характеристики ЭФ.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы внедрены (имеются акты о внедрении): в ОАО «ВНИИРА» (Санкт-Петербург); в ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей» (Санкт-Петербург); в учебном процессе (дипломное проектирование) и в научных разработках кафедры ТиМ СПбГУТ им. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Апробация работы.

Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, обсуждались и были одобрены:

- на научно-техническом семинаре «Научно – технические проблемы в промышленности: интегрированные системы автоматизированного проектирования нового поколения для разработки инновационной радиоэлектронной продукции, аппаратуры и систем», проводимой Санкт – Петербургской Ассоциацией предприятий радиоэлектроники, приборостроения, средств связи и телекоммуникаций на базе ОАО «АВАНГАРД», 1-2.07.2010 (2 доклада);

- на научно-технических конференциях профессорско-преподаватель-ского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, СПб, 2009-2012 (10 докладов).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе: 1 статья в журнале, рекомендуемом перечнем Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, изложена на 125 страницах, содержит 82 рисунка, 27 таблиц и двух приложений, содержащих 79 страниц, 69 рисунков и 32 таблицы. Список литературы содержит 87 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследуемых проблем, сформулирована цель диссертационной работы и её основные задачи, определена практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе проведена модернизация инженерного метода синтеза микроволнового объемного узкополосного ЭФ с реализацией на СПЛ по рабочим параметрам.

Исследуемая структура фильтра состоит из двух параллельно соединенных решеток связанных заземленных стержней различной длины, что позволяет уменьшить габариты конструкции по сравнению с другими реализациями фильтра. Существует метод синтеза подобного типа фильтров. Он основан на двойном частотном преобразовании Ричардса, которое позволяет перейти от значений сосредоточенных элементов низкочастотного фильтра прототипа (ФПНЧ) к полосно-пропускающему фильтру (ППФ) на распределенных элементах. Используемые преобразования матриц являются эквивалентными только в узком диапазоне частот, поэтому анализируемая структура может использоваться только для узкополосных фильтров (полоса пропускания до 5 – 8%). У фильтров, рассчитанных существующим методом, в ряде случаев наблюдается значительное смещение центральной частоты, неравномерность в полосе пропускания. Такие фильтры требуют серьезной настройки и доработки.

Инженерный метод расчета можно разделить на два этапа: электрический и конструктивный расчеты.

В работе представлен подробный вывод формул перехода от электрической схемы ФПНЧ к схемам с распределенными статическими ёмкостями «цепи » и «цепи -». Приведена подробная методика электрического расчета узкополосных ступенчатых ЭФ, проиллюстрированная синтезом ППФ с параметрамиГГц, МГц, дБ, дБ, и воздушным заполнением () без учета диссипативных потерь.

Модернизация конструктивного расчета связана с эквивалентным преобразованием ёмкостных матриц для получения структур с реализуемыми геометрическими параметрами.

Ступенчатый ЭФ является соединением двух фильтров на встречных стержнях, электрический расчет которых производится параллельно, поэтому при прямом вычислении геометрических параметров с помощью ёмкостных матриц каждой из цепей по графикам Гетзингера или Кристала в ряде случаев наблюдается разрыв частей ступенчатых стержней, их перекрытие или получение нереализуемых размеров резонаторов.

Анализ научной литературы по проектированию фильтров на встречных стержнях и проведенные инженерные расчеты показали, что для получения структуры с приемлемыми геометрическими размерами решеток следует предварительно задать диагональным элементам новой ёмкостной матрицы значения: полная нормированная ёмкость узлов после преобразования должна равняться 7-12, а нормированные ёмкости между узлами – 1-5, из которых находятся необходимые масштабные множители для недиагональных элементов матрицы. Вводятся коэффициенты трансформации для элементов главной диагонали и взаимных элементов. По преобразованным ёмкостным матрицам, используя графики Гетзингера, определяются зазоры между стержнями и боковыми стенками. Рассчитываются: ширина стержней по формулам (1) и (2), длина стержней по формулам (3) и (4).

Ширина краевого стержня.

(1)

Ширина промежуточных стержней.

(2)

Длина стержня «цепи ».

(3)

Длина стержня «цепи ».

(4)

Проведен конструктивный расчет вышеупомянутого ЭФ.

В результате получен фильтр, конструкция которого представлена на рисунке 1, в таблице 1 приведены геометрические параметры фильтра.

 Рассчитанная «вручную»-12

Рисунок 1 - Рассчитанная «вручную» конструкция ступенчатого ЭФ на решетке прямоугольных стержней без учета диссипативных потерь

Таблица 1 - Геометрические размеры ЭФ без учета диссипативных потерь

«Цепь »
линия W0A W1A W2A W3A W4A W5A W6A W7A W8A
ширина, мм 6,19 5,84 4,49 3,66 2,48 1,72 1,3 2,7 6,3




зазор S01A S12A S23A S34A S45A S56A S67A S78A
ширина, мм 4,4 5,6 2,61 4,53 1,52 1,76 1,9 1,41 6,13 4,4
«Цепь »
линия W1B W2B W3B W4B W5B W6B W7B
ширина, мм 4,3 4,7 3,73 2,67 1,78 1,13 1,15
зазор S12B S23B S34B S45B S56B S67B
ширина, мм 4,4 2,83 4,2 1,58 1,68 1,98 1,34 4,4

Во второй главе проведены экспериментальные исследования микроволновых объемных узкополосных ступенчатых ЭФ, реализованных на СПЛ с различными типами стержней.

Получены результаты исследования четырех экспериментальных макетов ЭФ: ЭФ седьмого порядка на прямоугольных стержнях и трех конфигураций ЭФ пятого порядка на круглых стержнях (рисунок 2, таблица 2).

Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований ЭФ

ЭФ со стержнями , ГГц , дБ КСВНвх/вых
прямоугольного сечения типа кз-кз 4,6 1,7 1,7/1,8
круглого сечения с входным и выходным стержнями типа кз-xx 4,82 2,3 1,5/1,8
круглого сечения с входным стержнем типа кз-xx 4,82 2,8 1,2/1,8
круглого сечения со всеми стержнями типа кз-кз 4,76 2,8 1,2/1,9


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.