Диссертация (1137142), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В рамкахтакой модели рассмотрены колебательные искажения, возникающиепри распространении квазимонохроматического сигнала.Проведен анализ физических особенностей возникновенияпаразитных типов колебаний и волн в одиночных и связанныхмикрополосковых линиях на керамических подложках для случаев ихсинфазного и противофазного возбуждения.В третьей главе с помощью программных средств MathCADпроведен анализ паразитного излучения кромок многослойныхдиэлектрических подложек печатных плат СВЧ диапазона на основедвух моделей - первой в виде открытого конца плоскопараллельноговолновода, имитирующего кромку микрополосковой бесконечной13структуры, и второй – содержащей кромку структуры и ограниченныйучасток диэлектрической подложки.По результатам аналитического моделирования подтвержденвыводонеобходимостичастотногоограничения,котороенакладывается на выбор толщин многослойных плат для СВЧустройств - суммарная толщина многослойной подложки платы недолжна превышать четверти рабочей длины волны.В четвертой главе выполнен краткий обзор современныхпрограммных средств для моделирования электродинамическихструктур.Показано,микрополосковыхчтоустройствдляСВЧкомпьютерногонаиболееанализаэффективноиспользование программного пакета AWR Design Environment(Microwave Office), относящегося к 2.5-D моделирующим программами реализованного на основе метода моментов.
Отмечено, что методмоментов, в отличие от методов конечных разностей и конечныхэлементов, на которых базируются 3-D программы, требует гораздоменьше машинного времени, что существенно ускоряет процессырасчета и моделирования.Проанализированы возможности и особенности алгоритмачисленного моделирования с помощью AWR Design Environment(Microwave Office) микрополосковых СВЧ устройств, выполненныхна основе односторонних и двусторонних печатных плат. Рассмотренпример компьютерного моделирования межслойного перехода наоснове копланарной линии в диапазоне частот 1 - 18 ГГц. Отмечено,что в результате применения программных средств AWR DesignEnvironment (Microwave Office) могут быть уточнены аналитическиерасчеты для проектируемых микрополосковых СВЧ устройств напечатных платах с многослойными диэлектрическими подложками.Впятойглавепредложены,теоретическиобоснованы,численно и экспериментально исследованы новые микрополосковые14устройства СВЧ на основе печатных плат с многослойнымидиэлектрическими подложками.Представлены теоретические и экспериментальные результатыисследования:- модифицированной печатной платы с подвешенной подложкойи согласующим многослойным диэлектрическим экраном;- микрополоскового фильтра низких частот на штыревойгребенке с многослойной подложкой;- микрополосковой спиральной антенны, выполненной намногослойной подложке, обеспечивающей линейную поляризацию;- развязывающего фильтра на однослойном метаматериале,обеспечивающего более чем двукратное затухание по сравнению сзатуханием импедансной металлической поверхности;- развязывающего фильтра на многослойном метаматериале скольцевымиразомкнутымирезонаторами,обеспечивающегорасширение полосы пропускания более чем в два раза по сравнению сфильтром на однослойном метаматериале.Врезультатеэкспериментальныхкомпьютерногоисследованиймоделированияподтвержденаивозможностьреализации с помощью разработанных микрополосковых структуртребуемыхзначенийS–параметровизаданныхдиаграммнаправленности, обеспечивающих возможность их миниатюризациии многофункционального использования.В заключении сформулированы основные результаты работы исделаны выводы по диссертации в целом.15ГЛАВА 1Современное состояние и тенденции развития методовпроектирования и конструкций печатных плат СВЧдиапазонаСовременная радиоэлектроника идет по пути освоения все болеекоротких длин волн.
В настоящее время активно развиваютсяисследования в миллиметровом диапазоне (десятки – сотни ГГц), атакже разработки в области терагерцовых технологий. Требованиярыночной экономики, предъявляемые к современным СВЧ приборами устройствам, диктуют необходимость создания высокоэффективныхминиатюрных узлов и модулей, обладающих высокой надежностью,быстродействием, стабильностью электрофизических параметров ихарактеристик, отвечающих уровням необходимой электромагнитнойсовместимости и обладающих низкой стоимостью. Такие тенденциитребуют использования новейших конструкторско-технологическихрешений на всех этапах проектирования СВЧ устройств, в том числе исовременных печатных плат.Традиционные печатные платы для производства изделийрадиоэлектроники с помощью технологии поверхностного монтажа,выполненные на основе гетинакса или стеклотекстолита, имеютвесьма ограниченную возможность применения в СВЧ диапазоне, чтообъясняется физическими ограничениями, увеличивающимися сростом частоты.
Такие печатные платы могут быть использованытолько на частотах до единиц ГГц. При дальнейшем росте частотыувеличение потерь приводит к искажению информационного сигнала.Все это требует нового подхода к проектированию и технологиипечатных плат, использующихся в диапазоне СВЧ.Однойизважныхтенденцийразвитиясовременныхмикрополосковых СВЧ устройств является расширение количества их16функций при меньших массогабаритных показателях и стабильныхэлектрических параметрах и характеристиках. Главным направлениемэтой тенденции является переход от традиционной двухмернойкомпоновкиэлементовитрехмерной.Применениеконструкциипечатноймногослойнойплатытехнологии–кпозволяетповысить функциональную плотность СВЧ устройств в сочетании снизкойстоимостью,высокойнадежностьюихорошейвоспроизводимостью.В последние годы решение указанных проблем достигаетсяразработкоймикрополосковыхСВЧустройствнаосновемногослойных печатных плат, выполненных на базе керамическихслоев, изготовленных по технологии низкотемпературного обжига.
Взарубежной литературе эта технология получила название LTCC (LowTemperature Co-fired Ceramic). Несмотря на достаточно широкоераспространение узлов и модулей, выполненных с применением такойтехнологии, какие–либо стандарты или методики проектированияявляются интеллектуальной собственностью разработчиков устройстви почти не публикуются в открытой печати.Отметим далее основные физические ограничения, включаяпотери,возникающиеприразработкемикрополосковыхСВЧустройств, которые будут более подробно проанализированы впоследующих главах и разделах диссертации.Наиболее важными из них являются потери на излучение,которые составляют до 80 % от общего уровня потерь. Снижениетаких потерь достигается использованием линий передачи с заданнойэлектрической длиной и тщательным экранированием устройства, чтопозволяетобеспечитьцелостностьприемаипередачиинформативного сигнала.17Другими видами потерь являются потери в металлических идиэлектрических элементах СВЧ устройства.
В микрополосковыхлиниях импедансные проводники должны быть выполнены изметалловсмалымобеспечивающихудельнымэлектрическимминимальныепотерисопротивлением,наскин-эффект.Диэлектрические материалы следует выбирать с минимальнымзначениемтангенсаминимальнойугладиэлектрическихпространственнойдисперсией,потерь,атакжеобеспечивающейстабильность относительной диэлектрической проницаемости илинейных размеров от влияния внешних факторов.Еще одним видом потерь является влияние на целостностьинформативногосигналареактивныхсоставляющихемкостей,индуктивностей и сопротивлений самой схемы, которые должны бытьминимальными при разработке топологии СВЧ устройства, а также еемонтаже.Таким образом, исследование многослойных печатных плат дляСВЧ устройств является актуальной и важной задачей, требующейучетамногочисленныхфизическихфакторовисовременныханалитических и численных методов разработки и проектирования.1.1 История изобретения и тенденции развитияпечатных платИсторики радиоэлектроники утверждают, что первая заявка напечатную плату была подана немецким инженером АльбертомПаркером Хансоном в патентное ведомство Германии в 1902 г.
[6, 7].В своем патенте он предложил формировать рисунок проводниковпечатной платы путем вырезания или штамповки медной фольги ипоследующим приклеиванием их к диэлектрической основе –18пропарафиненной бумаге. Следует подчеркнуть, что уже тогдаприклеивание проводников предлагалось осуществлять с обеихсторон диэлектрической основы, а также использовать сквозныеотверстия для соединений элементов схемы.Внес свою лепту в изобретения печатных плат и Томас АлваЭдисон.
Он предложил обеспечивать формирование топологическогорисунка платы с помощью адгезивного материала на основеграфитового или бронзового порошка. Другая предложенная имтехнология заключалась в нанесении токопроводящего рисункараствором азотнокислого серебра, которое затем восстанавливалось.В 20-30-е годы прошлого века патентными ведомствами Европыи Америки было выдано множество патентов на различныеконструкции и способы изготовления печатных плат, которыепреимущественно были аддитивными.Однако свой современный вид печатная плата приобрелаблагодаря технологиям полиграфической промышленности, которыебыли успешно применены австрийским инженером Паулем Эйслеромв 30-е годы еще до начала Второй мировой войны.
Printing plate –печатная форма или матрица – дословный перевод с английскогоязыка уже известного в то время полиграфического термина. Эйслерпредложил использовать для массового производства печатных платсубтрактивные технологии полиграфии, в которых топологическийрисунок формируется путем удаления ненужных фрагментов. Им жеотработана технология гальванического осаждения медной фольги иее последующего травления хлорным железом.Разработанные Эйслером технологии производства печатныхплатпрактическисразунашлиприменениеиоказалисьвостребованными во время Второй мировой войны, после окончания19которой печатные платы стали использовать и для радиоэлектроннойаппаратуры бытового назначения.СовременноеПолитехническомпонятиесловареэлектроизоляционногопечатной[1]материала–платыэто(гетинакса,даетсяпластинкавизстеклотекстолита,керамики и др.), на поверхности которой каким-либо образом(например, фотохимическим) нанесены тонкие электропроводящиеполоски (печатные проводники) с контактными площадками дляподсоединения навесных электро- и радиоэлементов (в том числемодулей и интегральных схем).Существует и более краткая и точная формулировка – подпечатной платой понимается конструкция электрических соединенийна изоляционном основании [8].Бурное развитие вычислительной и компьютерной техники вконце прошлого века привело к необходимости значительногоувеличения плотности монтажа, а, следовательно, к перспективномуиспользованию многослойных печатных плат вместо двустороннихконструкций,являющихсявтовремянаиболеемассовыми(рисунок 1.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
