Автореферат (1137141), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Развязывающий фильтр на однослойном метаматериале позволяет достичь более чем двукратного роста затухания колебаний (121,2 — 115,1 дБ) по сравнению с затуханием, обеспечиваемым импедансной металлической поверхностью <'55,4 34,8 дБ), при ширине полосы пропускания 130 МГц. 5. Развязывающий фильтр на многослойном метаматериале с кольцевыми разомкнутыми резонаторами обеспечивает более чем двукратное расширение полосы пропускания (до 270 МГц), по сравнению с фильтром на однослойной структуре, при среднем снижении затухания на 28,6 дБ. Аи оба ия аботы Основные теоретические и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на 8 Международных и Всероссийских научнотехнических конференциях: ЬХЧ11 Научной сессии, посвященной Дню радио, Москва, 2012; Научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ, Москва, 2012, 2013; Международных научнопрактических конференциях "1пгегпайопа1 Яс1еп1Ы1с — Ргасйса1 Соп1егепсе "1ММОЧАТ1ЧЕ 1ХРОКМАТ1ОИ ТЕСНМОЬО01ЕЯ", Ргайпе, 2012, 2013; б и 7 Отраслевых научных конференциях «Технологии информационного общества», Москва, 2012, 2013; Ч Всероссийских научных Зворыкинских чтениях, Муром, 2013.
П актическан енность и внед ение ез льтатов Основные результаты диссертации получены при выполнении гранта научно- учебной группы «Электродинамика замедляющих систем» Мя 13-05-0017, 2013 г. и инициативных работ, выполненных в МИЭМ НИУ ВШЭ при участии автора за период 2011-2013 г. Научные и практические результаты работы используются в ОАО <<Научно— исследовательский институт космического приборостроения», Институте пути, строительства и сооружений Московского государственного университета путей сообщения; а также в научной и учебной деятельности кафедры «Радиоэлектроники и телекоммуникаций» МИЭМ НИУ ВШЭ.
Использование результатов подтверждено соответствующими актами и заключениями. Щфикади~ По материалам диссертации опубликовано 14 работ, включая 4 статьи в российских журналах (по списку ВАК РФ), 1 статья в сборнике научных трудов, б 6 статей в трудах российских и международных конференций, 3 патента РФ на изобретения и полезные модели. Ст кт адиссе та ии Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объем диссертации составляет 178 страниц, включая 75 рисунков, библиографический список из 109 отечественных и зарубежных источников на 12 страницах, приложения с актами использования результатов на 8 страницах.
Во введении к диссертации обоснована ее актуальность, рассмотрено состояние вопроса, сформулированы цели, задачи и методы исследований, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, вопросы практической ценности, внедрения результатов, апробации и публикаций. Приводится краткое содержание каждой из глав. б первой агаве ро еле~ обзор оовремев«о о озеро е ве мЮ роз~~ современных многослойных печатных плат и микрополосковых СВЧ устройств на их основе.
Проанализированы физические и конструктивно-технологические особенности печатных плат на многослойных фторопластовых и керамических основаниях, рассмотрены преимущества и недостатки гибких печатных плат на основе жидкокристаллических полимеров, показаны тенденции их дальнейшего развития. Сделан вывод об актуальности поставленной научной задачи. На основе выполненного обзора показано, что перспективным является разработка комбинированных и гибридных СВЧ устройств на базе печатных плат с многослойными диэлектрическими подложками. Благодаря выбору электрофизических свойств диэлектрических слоев плат, резонансным явлениям в них и эффекту замедления электромагнитных волн, появляется возможность создания микрополосковых устройств СВЧ с габаритными размерами значительно меньшими рабочих длин волн, обладающих улучшенными электрическими характеристиками и низкой стоимостью.
Проанализированы существующие методы расчета, проектирования и компьютерного моделирования, которые могут быть использованы для определения основных характеристик и параметров микрополосковых СВЧ устройств на печатных платах с многослойными диэлектрическими подложками. Подчеркнута эффективность использования приближенно-аналитических моделей и методов, позволяющих обеспечить необходимую точность расчета при снижении требований к быстродействию и оперативной памяти компьютера. Во втор е езав ро едва ааыз ф з е оераааее«а о р ° металлических проводниках и диэлектрических материалах многослойных подложек печатных плат и СВЧ устройств на их основе.
Проанализирована модель печатной платы с многослойной диэлектрической подложкой, представляемой в виде вол нов едущей системы, моды которой различаются поперечной структурой полей, обладающих своими фазовыми и групповыми скоростями. В рамках такой модели рассмотрены колебательные искажения, возникающие при распространении квазимонохроматического сигнала. Показано, что эффекты пространственной дисперсии в СВЧ диапазоне проявляются слабее, поскольку в большинстве случаев практического применения печатных плат с многослойными диэлектрическими подложками, длина волны Л» а, где а характерный линейный размер волн о ведущей структуры. Поэтому частотная дисперсия в этом случае более существенная, так как сверхвысокие частоты электромагнитного излучения и внутриатомных (молекулярных) процессов соизмеримы, и отклик среды часто носит резонансный характер. Проведен анализ физических особенностей возникновения паразитных типов колебаний и волн в одиночных и связанных микрополосковых линиях на керамических подложках для случаев их синфазного и противофазного возбуждения, а также возможности передачи с помощью микрополосковой линии цифровых сигналов.
Из результатов расчета следует, что степень колебательных искажений за счет проявления дисперсии растет пропорционально квадрату высоты подъема дорожки, а минимальная дисперсия, допустимая для неискаженной передачи цифрового сигнала, достигается при высоте подъема микрополосковой дорожки, не превышающей 0,5 мм. В т етьей главе проведен анализ паразитного излучения кромок многослойных диэлектрических подложек печатных плат СВЧ диапазона на основе двух моделей - первой в виде открытого конца плоскопараллельного волновода, имитирующего кромку микрополосковой бесконечной структуры, и второй содержащей кромку структуры и ограниченный участок диэлектрической подложки. Оценка паразитного излучения выполнена с помощью программных средств МайСА1Э и использованием соотношений для моделей однослойной печатной платы, полученных в работе [бф].
Аналитическое выражение для диаграммы направленности кромки тонкой однослойной микрополосковой структуры с учетом обрыва диэлектрической подложки определяется тремя составляющими: 8 . Ы(е1 ' — соя О) .,11212 яп1РЫ./2) Г(0) = 1+~' ' +аЫ,япде '~~'~ + е1 'яп д ~,Ве2. / 2 +(1+ соя 0),, е '"" а'+яп'0 2 Т1 , Ы1е1 ' — соя 0) 1 где Р;(0) = 1+ / ' — диаграмма направленности открытого конца е, 'япд „яп(,ОШ/2) плоскопараллельного волновода, У;(0) = аЫяпде 'е~" — диаграмма /2Е1./2 направленности линейного электрического тока, бегущего вдоль оси ое с замедленной 2 Р;(0) =(1+созд) 2 2 е ' и '- диаграмма линейного а+яп 0 фазовой скоростью, распределения синфазно возбуждаемых элементов Гюйгенса 1множитель (1+созО)) с убыванием амплитуды по экспоненциальному закону при удалении от экрана, е,' — 1 а а= ' Ы,,0=1+ — — созд, Ф=22г/А- волновое число, г1=е1'е, е,'- относительная Е диэлектрическая проницаемость слоя диэлектрика толщиной И, Š— длина ограниченного участка диэлектрической подложки.
Графики на рисунке 1 демонстрируют суммарные диаграммы направленности Г(0) для однослойной, трехслойной и пятислойной подложек печатных плат при различных размерах 1Л. Кривые Р(0) имеют колебательный характер, число осцилляций и их амплитуда возрастают с увеличением числа слоев, а также размера подложки Л/Л, т.к. возможности интерференции волн, излученных отдельными токами, при этом увеличиваются. Отклонение от первоначальной диаграммы направленности кромки Г2(д) становится менее заметным с уменьшением относительной диэлектрической проницаемости материала слоев и относительной толщины подложки ЫЯ.
Проведен расчет и анализ энергетических характеристик паразитного излучения кромок печатных плат с многослойными диэлектрическими подложками, показавший необходимость экранирования пассивных микрополосковых СВЧ устройств, а также учета искажений, вносимых паразитным излучением кромок, на диаграммы направленности антенн и излучателей при работе в диапазоне свыше 10 ГГц. Рисунок 1. Суммарные диаграммы направленности Г(0) для однослойной трехслойной и пятислойной подложек печатных плат и различных размеров ЬЯ. 10 Результаты аналитического моделирования подтверждают вывод о необходимости частотного ограничения, которое накладывается на выбор толщин многослойных плат для СВЧ устройств - суммарная толщина многослойной подложки платы не должна превышать четверти рабочей длины волны. Так в диапазоне длин волн в 1 — 10 мм допустимая толщина платы составляет 0,25 - 2,5 мм.
В й главе выполнен краткий обзор современных программных средств, используемых для моделирования электродинамических структур. Проанализированы возможности и особенности алгоритма численного моделирования с помощью А%К Реядп Епч1гоптеп1 (М1сго~чаче О%се) микрополосковых СВЧ устройств, выполненных на основе односторонних и двусторонних печатных плат. Рассмотрен пример компьютерного моделирования межслойного перехода на основе копланарной линии в диапазоне частот 1 — 18 ГГц. В лятой главе предложены, теоретически обоснованы, численно и экспериментально исследованы новые микрополосковые устройства СВЧ на основе печатных плат с многослойными диэлектрическими подложками.
В результате компьютерного моделирования и экспериментальных исследований подтверждена возможность реализации с помощью разработанных микрополосковых структур требуемых значений 8 — параметров и заданных диаграмм направленности, обеспечивающих возможность их миниатюризации и многофункционального использования. Предложена, теоретически обоснована и исследована модифицированная печатная плата с подвешенной подложкой. Чертеж поперечного сечения такой платы с многослойной подложкой толщиной Ы представлен на рисунке 2, а с многослойной подложкой толщиной 4 и многослойным согласующим диэлектрическим экраном толщиной Ы~ — на рисунке 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
