РАСЧЕТ МАТРИЦЫ РАССЕЯНИЯ ЧЕТЫРЕХПОРТОВОГО ПЕРЕСЕЧЕНИЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ – ЩЕЛЕВАЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

January 27, 2013 by admin Комментировать »

Крыжановский В. Г.,* Рассохина Ю. В* *Донецкий национальный университет ул. Университетская, 24, г. Донецк, 83055, Украина тел: +380 62 302 92 61, e-mail: radio@dongu.donetsk.ua

Аннотация – В общем виде решена задача о рассеянии волн на взаимно-перпендикулярном пересечении микрополосковой и щелевой линий передачи. С учетом симметрии такого соединения решаются три краевые задачи для по- лосково-щелевого резонатора с различными комбинациями стенок в плоскостях симметрии. Из решения этих задач методом поперечного резонанса находятся компоненты матрицы рассеяния в виде восьмиполюсника.

I.                                       Введение

Планарные линии передачи (полосковая, щелевая и их вариации) находят широкое применение в гибридных и монолитных интегральных СВЧ цепях. Одной из базовых комбинаций этих структур, на которой строятся различные цепи с электродинамической связью, является вертикальный переход микрополосковая – щелевая линии передачи (МПЛ, ЩЛ). Анализ такого соединения – достаточно сложная задача, строгое решение которой строится с использованием функций Грина и стандартной процедуры Галеркина. В данной работе для нахождения общей матрицы рассеяния на поперечном соединении МПЛ и ЩЛ использованы идеи, изложенные в [1, 2].

II.                              Основная часть

Анализируемая структура показана на рис. 1. Рассматривается резонатор, область которого ограничена электрическими стенками, с трехслойным заполнением. Второй слой – диэлектрическая положка, по обеим сторонам которой взаимноперпендикулярно расположены полосковая и щелевая линии передачи.

Рис. 1. Резонатор для вертикального перехода МПЛ – ЩЛ.

Fig. 1. Resonator for vertical mIcrostrIp – slotllne transition

С учетом симметрии в такой структуре возможны три типа колебаний, которые участвуют в формировании матрицы рассеяния перехода МПЛ – ЩЛ. Первый тип – магнитные стенки в плоскостях х = 0, z = 0 (основная мода МПЛ и высшие нечетные моды ЩЛ). Второй тип – электрические стенки в плоскостях х = 0, z = 0 (основная мода ЩЛ и высшие четные моды МПЛ). Третий тип – магнитная стенка в плоскости X = О и электрическая в плоскости ζ = О, что соответствует «связанной» полосково-щелевой моде, на которой и происходит передача энергии от одной линии к другой.

Решение каждой из трех краевых задач для гибридных собственных волн резонатора ищется через векторные у-потенциалы [1,2]. Например, для третьего типа колебаний решение ищется в виде (для четверти сечения 0<х<А , 0<z<L)·.

гдеа          функции

Jопределяются граничными условиями

по оси у и не меняются для всех трех краевых задач. Далее, сшивая поля в плоскостях у=0 и y=h, получим матричное иммитансное уравнение для полей в этих плоскостях через касательные компоненты неизвестных полей на щели и токов на полоске (функцию Грина) [2]. Применяя к нему процедуру Галеркина с учетом особенности поведения полей и токов на ребре, окончательно получаем однородное матричное уравнение (СЛАУ) в терминах соответствующих базисных функций. В качестве базисных функций мы использовали полиномы Чебышева [3]. Приравнивая к нулю определитель СЛАУ, получаем собственные частоты резонатора. Либо (что нам и требуется), задавая на фиксированной частоте размер экрана по одной из осей {А либо L), получаем другой размер.

Рис. 2. Схема для расчета матицы рассеяния соединения МПЛ- ЩЛ (8-полюсник).

Fig. 2. Scheme for S-matrIx calculation of the transverse MSL-SL Interconnection (4-port network)

Используя метод поперечного резонанса [1], СЛАУ для четырехпортового соединения МПЛ – ЩЛ с учетом симметрии задачи получается в виде:

волн однородных экранированных МПЛ и ЩЛ соответственно (решения каждой из этих задач известны и олисаны, налример, в [3]). Итого, 5 неизвестных лараметров – элементов матрицы рассеяния. Приравнивая определитель матрицы к нулю, лолучим следующее алгебраическое уравнение:

Первая скобка – это решение для «связанной» моды МПЛ-ЩЛ резонатора, через которую предается мощность. Вторая и третья скобки – это решения для проходящих мод (первая и вторая краевые задачи соответственно), связанных с реактивными модами неоднородности. Из решения первой краевой задачи на каждой частоте по заданному размеру экрана МПЛ А (соответствующему экрану изолированной МПЛ) ищется размер L (первая пара решений {ΐγ,αγ)). Из

решения второй краевой задачи на каждой частоте по заданному размеру экрана 11(Л L находится размер А, (/2,02)· Из решения третьей краевой задачи находятся еще 3 пары решений (/,    ),/= 3..5, для «свя

занной» моды. Эти 3 пары решений дают [1]:

Из первой и второй пары окончательно получим:

I GHz

Рис. 3. Матрица рассеяния для двух МПЛ, связанных через щель.

Fig. 3. S-matrix magnitude of two siotiine-coupied MSL (ε, =11.1, /7=1.27, s=0.53, w=1.0, ds=2.428, Lc=4.857, in mm)

Таким образом, получили матрицу рассеяния волн МПЛ и ЩЛ непосредственно на области пересечении этих линий. Зная общую матрицу, можно рассчитывать различные варианты соединений МПЛ и ЩЛ с учетом шлейфов и пр. Алгоритм протестирован по данным для перехода МПЛ – ЩЛ – МПЛ из [2]. В качестве примера мы рассчитали матрицу рассеяния для двух изолированных МПЛ, связанных через щель (рис. 3).

Таким образом, на основе метода поперечного резонанса получен алгоритм расчета матрицы рассеяния для четырехпортового соединения полосковой и щелевой линий передачи. Алгоритм построен на базе строго решения краевых задач для полоско- во-щелевого резонатора с учетом симметрии взаимодействующих мод.

IV.                           Список литературы

[1]  г. Itoh (Ed). Numerical techniques for microwave and milli- meter-wave passive structures. – New York: Wiley, 1989.

[2]  W. Schwab, \N. Menzel. On the design of planar microwave components using multilayer structures. – IEEE Trans. MTT.

–         1992. – vol. 40, no. 1. – pp. 67-72.

[3]  Микроэлектронные устройства СВЧ / Под ред Г. И. Веселова. – М: Высш. школа, 1988. – 280 с.

S-MATRIX CALCULATION OF THE FOUR PORT MICROSTRIP-SLOTLINE TRANSITION

V. G. Krizhanovski*, Ju. V. Rassokhina*

*Donetsi< National University, Radiophysics Dept.

24, Universitetsiiaya str, Donetsii, 83055, Ui<raine Ph.: +3 8 062 30 29 261, e-mail: radio@dongu.donetsk.ua

Abstract – The algorithm of the modal S-matrix calculation on the transverse microstrip line – slotline 4-port- interconnection is described.

I.                                         Introduction

In this paper, the screened three layer resonant microstrip line -slotline structure with transversal disposition of the microstrip line and the slots is considered.

II.                                        Main Part

The structure under analysis is shown in fig. 1. Taking into account symmetry, three modes of oscillation can exist in such structure, which participate in formation of 4-port scattering matrix of transition microstrip line – slotline. The calculation method is based on two dimensional spectral domain immittance approach and Galerkin’s procedure. The method of transversal resonance was advanced for obtaining scattering matrix of transition microstrip line – slotline as an octopole. In order to obtain the matrix, 5 pairs of resonator sizes are used, calculated at each frequency beforehand.

III.                                       Conclusion

Thus, based on a transversal resonance method, the algorithm of scattering matrix calculation for four-port connection of microstrip line and slotline was obtained. The algorithm is created on the basis of exact solution of boundary value problems for microstrip line – slotline resonator taking into accounts symmetry of interacting modes.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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