ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СВЧ ПЕРЕХОД С РАЗВЯЗКОЙ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ НА БАЗЕ ЭКРАНИРОВАННОЙ НЕСИММЕТРИЧНОЙ ЩЕЛЕВОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

July 27, 2012 by admin Комментировать »

Крыжановский В.Г., Рассохина Ю.В. Донецкий национальный ун-т, Украина, 83055 Донецк, ул. Университетская, 24 тел: +380 622 91 92 61, e-mail: radio@dongu.donetsk.ua

Аннотация Представлены результаты расчета спектра собственных волн экранированной несимметричной щелевой линии (НЩЛ), содержащей элементы, развязанные по постоянному току. Как пример расчета матрицы рассеяния устройств, спроектирован переход для аттенюатора на базе НЩЛ в диапазоне частот 12-И5 ГГц.

I.  Введение

Исследование электродинамических характеристик структур на основе щелевых линий передачи (ЩЛ, finline structures) в СВЧ диапазоне волн приобретает все большее значение для проектирования компактных интегральных схем. Для реализации цепей на базе ЩЛ широко используется Е-плоскостная технология, что делает эти цепи совместимыми со стандартными волноводными конструкциями и обеспечивает переходы между ними [1].

Для реализации активных устройств требуются линии передачи, допускающие подачу постоянных потенциалов. Эту проблему можно решить для СВЧ аттенюаторов на односторонних ЩЛ, с подключением диодов непосредственно на щель и подачей питание отдельными проводниками [2], но ситуация усложняется при использовании усилителей. Для несимметричной ЩЛ (НЩЛ) оказалось возможным решить эту проблему и, плюс к этому, минимизировать конструкцию в целом за счет того, что длина волны в НЩЛ с «перекрытием» металлизированных частей гораздо меньше, чем в односторонней ЩЛ.

II.  Основная часть

Основная линия передачи, НЩЛ, показана на рис.

1.   Здесь диэлектрическая пластина проницаемостью ег расположена симметрично в Е-плоскости волновода, металлизация выполнена по обе стороны пластины с противоположных сторон широкой стенки. На рисунке показаны частичные области 1-3, на которые разбивается исследуемая структура.

Рис. 1. Поперечное сечение НЩЛ для постановки краевой задачи Fig. 1. Cross-section of antipodal finline

Решения волнового уравнения в частичных областях 1-3 ищется в виде рядов Фурье, при этом коэффициенты разложения выражены через составляющие поля в плоскостях х = -t/2 и x = t/2. Поле в этих плоскостях, в свою очередь, раскладывается по базисам из полиномов Чебышева 1 и 2 рода, что обеспечивает быструю сходимость и устойчивость алгоритма [3].

Спектр собственных волн НЩЛ (нормированные постоянные распространения рj/k0,k0 =со/с), рассчитанный с помощью данного алгоритма, показан на рис. 2. Здесь высшие типы волн не распространяются ((3 = — j • у чисто мнимое), а пунктиром, для сравнения, показана дисперсионная характеристика основной волны классической односторонней ЩЛ с размером щели 0.2 мм. Различие в характеристиках объясняется различием в типах связи между металлическими ребрами: в ЩЛ имеет место боковая связь, а в НЩЛ лицевая связь между ребрами. Т.е. концентрация поля в области «перекрытия» в НЩЛ гораздо выше, чем в щелевой линии.

Рис. 2. Спектр первых четырех волн НЩЛ и основная волна односторонней щелевой линии. Размеры (в мм): А=16, В=8, t=0.5, ег =9.8, hi=h2=3

Fig. 2. Spectrum of the first four waves of a screened antipodal finline and the fundamental wave of the finline.

Dimensions (mm): A=16, B=8, t=0.5, er =9.8, h1=h2=3

Для создания участков линии, развязанных по постоянному току, была выбрана конструкция, показанная на рис. 3 (продольное сечение, пунктиром показана металлизация обратной стороны).

По теории дифракции, поле на каждом из участков однородных линий представляется в виде суперпозиции их собственных волн. «Сшивая» поперечные компоненты поля на границах областей, получаем систему линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных амплитуд собственных волн в каждой их областей, откуда получаем обобщенную матрицу рассеяния волн на неоднородности в линии. Области 1,11 анализируются по описанному выше алгоритму, а в области III по аналогичному алгоритму для НЩЛ с двумя щелями с одной стороны (что и обеспечивает требуемую развязку). В этом случае в области III существует волна квази-ТЕМ типа, однако, как показал дальнейший анализ, коэффициенты преобразования в нее волноводных мод области II достаточно малы. Анализ проведен с учетом первых трех реактивных волн высшего типа.

Рис. 3. Топология участка НЩЛ с развязкой по постоянному току. Указаны вектор-амплитуды падающих и отраженных волн, связанных через Sматрицу

Fig. 3. Layout of antipodal finline section with DCdecoupling elements. Shown is vector-amplitude scattering wave, described by S-matrix

На рис. 4. показаны характеристики рассеяния для структуры на рис. 3, оптимизированной на максимальную передачу мощности основной волны НЩЛ в полосе частот. При этом для области III на обратной стороне НЩЛ ширина щели (Лг) увеличена для того, чтобы вывести высшие типы волн за пределы рабочего диапазона частот. Пунктиром показана характеристика каскадного соединения из трех таких секций через полуволновые отрезки НЩЛ /.

По этой же методике рассчитаны переходы с прямоугольного волновода на НЩЛ.

Рис. 4. Характеристики рассеяния отрезка НЩЛ с развязанными элементами, 1=1.28 мм

Fig. 4. Reflection coefficient of a section with antipodal finline, 1=1,28 mm

III.   Заключение

Разработаны алгоритмы для расчета спектра собственных волн НЩЛ и НЩЛ с полосковым включением и получения обобщенной матрицы рассеяния на неоднородностях в этих линиях. Полученные характеристики показывают, что, в отличие от обычной ЩП, НЩЛ имеет более низкое волновое сопротивление, (что обеспечивает хорошее согласование с активным элементом) и меньшую длину волны. На основе НЩЛ оптимизирован переход для СВЧ аттенюатора, обеспечивающий развязку по постоянному току основной линии от места расположения диода.

[1 ] К. Solbach, The Status of Printed Millimeter-Wave E-Plane Circuits. IEEE MTT-31. 1983, No. 2, pp. 107-121.

[2]   Бузлов А. А., Парликов В. И., Сосков Ю. А. PINаттенюатор на волноводно-щелевой линии. — В кн.: 12-я Международная Крымская конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2002). Материалы конференции [Севастополь, 9-13 сентября 2002 г.]. — Севастополь: Вебер, 2002, с. 387-388. ISBN 966-7968-12-Х,

IEEE Cat. Number 02ЕХ570.

[3]   Крыжановский В. Г., Рассохина Ю. В. Микрополосковая линия передачи с инверсным трехслойным диэлектрическим заполнением в фильтрующих цепях СВЧ,Радиотехника и электроника, 2001, т. 46,

№ 10, с. 1206-1211.

BROADBAND MICROWAVE TRANSITION WITH DC-DECOUPLING ON THE BASIS OF A SCREENED ANTIPODAL FINLINE

Krizhanovski V. G., Rassokhina Ju. V.

Donetsk National University, Radiophysics Dept. Universitetskaya str., 24, 83055 Donetsk, Ukraine tel: +380 622 91 92 61, e-mail: radio@dongu.donetsk.ua

Abstract The bare mode spectrum of a screened antipodal finline with DC-decoupling elements was investigated. Transition for attenuator in 12-15 GHz band was designed on the basis of this finline.

I. Introduction

The E-plane finline (slot line), which allow to easy construct transitions to rectangular waveguide, are used in VHF for active device design [1,2].

In this case, the problem of DC-decoupling of certain elements in transmission line arises. In this work, the broadband DC-decoupled transition was developed.

II. Main part

Wave equation for line in fig.1. is solved according to partial region method by expansion in Fourier series. Decomposition coefficients is expressed in terms of field components in planes x = —t/2 and x = t/2. The field in these planes was expanded in terms of Chebyshev polynomial of 1st and 2nd type

[3]    . Proper wave spectrum of the line is shown in fig. 2. For design of transmission line section with DC-decoupling the layout shown in fig.3 was selected (longitudinal view, dotted line marks the back side metal plate).

Field in each uniform section of transmission line is represented as a sum of its proper wave. Using mode-matching technique, the system of linear algebraical equation with respect to unknown amplitudes of proper wave in each line section is obtained. From this system the generalized S-matrix for discontinuity in line is obtained. Region / and II are analyzed using the algorithm described above, region III by analogous algorithm for the case of two slots from one side. Analysis takes into account the first three reactive high type wave.

Fig. 4. shows the scattering characteristic for structure in fig. 3, which was optimized for maximum power transfer on main wave of antipodal finline in the frequency band. Dotted line shows the reflection characteristic for three sections connected through halfwave antipodal finline.

III. Conclusion

The algorithm for calculation of proper wave spectrum in finline and antipodal finline with stripline insertion was developed. Based on antipodal finline, transition for VFH attenuator with DC-decoupling between the main line and diode insertion place was designed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты