Микрополосковые направленные ответвители с модифицированной топологией и диаграммообразующие схемы на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Щетинин Никита Николаевич

• Щетинин Никита Николаевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Щетинин Никита Николаевич

Содержание

Введение

Глава 1 Современные технологии микрополосковых направленных ответвителей диапазонов УВЧ и СВЧ

1.1 Обзор малогабаритных направленных ответвителей

1.2 Обзор двухполосных направленных ответвителей

1.3 Обзор направленных ответвителей с нетрадиционными типами направленности и сверхширокой полосой частот

1.4 Выводы по первой главе 43 Глава 2 Разработка и исследование математических моделей микрополосковых направленных ответвителей диапазонов УВЧ и СВЧ

2.1 Математические модели микрополосковых устройств, положенные в основу работы коммерческих программных продуктов, и их ограничения

2.2 Моделирование микрополосковых многополюсных устройств УВЧ и СВЧ на основе метода декомпозиции

2.3 Метод симметричных восьмиполюсников и его реализация применительно к моделированию направленного ответвителя, модифицированного в целях снижения габаритов

2.4 Реализация планарного элемента топологии микрополоскового устройства по заданной емкости в схеме замещения

2.5 Математическая модель для оптимизации двухполосного направленного ответвителя

2.6 Выводы по второй главе 78 Глава 3 Разработка и исследование модифицированных направленных ответвителей и четырехлучевых диаграммообразующих схем Батлера

на их основе

3.1 Диаграммообразующая схема Батлера на направленных ответвителях с емкостными квазисосредоточенными элементами

3.2 Малогабаритный направленный ответвитель на искусственных длинных линиях с сосредоточенными элементами

3.3 Диаграммообразующая схема для антенной решетки центральной частоты 450 МГц на малоразмерных направленных ответвителях

3.4 Многослойный широкополосный направленный ответвитель с малым разбалансом амплитуд и диаграммообразующая схема Батлера на его основе

3.5 Сверхширокополосный направленный ответвитель

3.6 Двухполосный многослойный направленный ответвитель

и четырехлучевая диаграммообразующая схема Батлера на его основе

3.7 Двухполосный микрополосковый направленный ответвитель с двумя типами направленности

3.8 Выводы по третьей главе 121 Глава 4 Экспериментальные исследования диаграммообразующих схем Батлера

4.1 Исследование четырехлучевой диаграммообразующей схемы Батлера

на основе многослойного ответвителя с апертурой связи специальной формы

4.2 Исследование трехлучевой диаграммообразующей схемы Батлера на основе модифицированных двухшлейфных направленных ответвителей

4.3 Выводы по четвертой главе 131 Заключение 133 Список литературы 135 Приложение А. Акты о внедрении результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микрополосковые направленные ответвители с модифицированной топологией и диаграммообразующие схемы на их основе»

Введение

Актуальность темы исследования. К современным микрополосковым УВЧ- и СВЧ-устройствам предъявляется ряд зачастую противоречивых требований, обусловленных необходимостью снижения их габаритных размеров, расширения функциональных возможностей, обеспечения частотной многофункциональности, увеличения полосы рабочих частот и т. д. Не являются исключением и микрополосковые направленные ответвители (НО), получившие широкое применение в диаграммообразующих схемах (ДОС), балансных смесителях, устройствах сложения и деления мощности и т. д. Значительное расширение функциональных и частотных возможностей оборудования мобильной связи влечет за собой необходимость создания микроволновых малогабаритных и многофункциональных устройств, в том числе и микрополосковых ответвителей. Особые требования предъявляются к многополосным ответвителям, в частности к их эффективному функционированию в полосах с некратными частотами. Развиваются широкополосные системы связи, в состав которых входят цифровые антенные решетки с ДОС на основе ответвителей, предназначенных для работы в октавной полосе частот с повышенными требованиями к амплитудно-частотным и фазоча-стотным характеристикам. Отдельным направлением совершенствования является совмещение нескольких типов направленности, реализуемых в одной топологии ответвителя, что приведет к значительному расширению практических приложений данного типа устройств в микроволновой технике. Не исчезает интерес к системам радиосвязи, функционирующим в нижней части УВЧ-диапазона, что, в свою очередь, накладывает особые требования на габаритные размеры предполагаемых для использования микрополосковых ответвителей и ДОС на их основе.

Таким образом, в настоящее время актуальной является задача разработки оригинальных конструктивных решений в области микрополосковых направленных ответвителей, зачастую удовлетворяющих взаимно противоречивые требования.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в разработку и исследование микрополосковых ответвителей внесли В. И. Гвоздев, А. Н. Гридин, Д. А. Летавин, В. П. Мещанов, Ю. Е. Мительман, Л. Р. Малорад-ский Б. А. Мишустин, Е. И. Нефедов, Д. М. Сазонов, Л. Р. Явич, A. Abbosh, D.W. Kammler, J. Lange, C. W. Tang, S. H. Zheng и др.

Отечественными и зарубежными авторами предложен ряд конструктивных решений, позволяющих снизить габаритные размеры НО за счет применения Т- и П-образных структур на микрополосковых квазисосредоточенных элементах, индуктивности в которых реализуются в виде отрезка линии заданной длины, а емкости - в виде встречно-штыревых структур, композитных линий передачи, особенностью которых является противоположное направление фазовой и групповой скоростей. Значительный интерес представляют НО, реализованные с использованием DGS-структур (defected ground structure), дефекты в заземляющей пластине которых предназначены для подавления гармоник высших порядков. Существуют решения по обеспечению многополосных режимов функционирования НО, интерес представляют транснаправленные ответвители с полной гальванической развязкой, позволяющей избежать нежелательных перемычек в большинстве устройств, построенных на их основе. Для применения в широкополосных телекоммуникационных технологиях получили распространение многослойные ответви-тели с лицевой связью.

Тем не менее ряд конструктивных решений обладает недостатками; например, компактность упаковки микрополосковых структур сопровождается уменьшением межполосковых зазоров, что отрицательно сказывается на электрических характеристиках ответвителей. Существующие топологии ответвителей на композитных линиях являются достаточно компактными, но относительно узкополосными по причине последовательно включенной емкости для реализации отрицательной дисперсии. Ответвители с DGS-выборками относительно компактны, однако разнообразные формы выборок из-за резонансных свойств более предпочтительны к применению в частотно-избирательных структурах. Существует проблема реализации многополосных ответвителей и совмещения типов направлен-

ности в единой структуре ответвителя. Многослойным широкополосным НО присущ ярко выраженный недостаток - значительный разбаланс амплитуд, обусловленный отличием фазовых скоростей четной и нечетной мод, приводящий к определенным сложностям при применении, например, в ДОС многолучевых антенных решеток.

Таким образом, в настоящее время по-прежнему актуальна задача создания малогабаритных и многофункциональных НО с малым разбалансом амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных характеристик (ФЧХ), расширенной полосой частот и возможностью функционировать в смежных полосах частот с совмещением разных типов направленности.

Цель диссертационной работы - снижение габаритных размеров традиционных шлейфных НО диапазона УВЧ без ухудшения их частотных характеристик, расширение функциональных и частотных возможностей НО за счет применения оригинальных топологий, уменьшение амплитудного разбаланса характеристик многослойных НО и построение на основе модифицированных НО четы-рехлучевых ДОС Батлера.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить рефлексивный анализ современного состояния конструктивных решений в области микрополосковых НО диапазонов УВЧ и СВЧ, направленный на поиск решений по снижению габаритных размеров, обеспечению расширенных функциональных возможностей и увеличению полосы рабочих частот.

2. Разработать математические модели для анализа и параметрического синтеза оригинальных микрополосковых топологий НО, в частности, с расширенными функциональными возможностями по типам направленности в смежных полосах частот.

3. Разработать топологии четырехлучевых ДОС Батлера для современных беспроводных телекоммуникационных систем и исследовать с помощью электродинамического моделирования.

4. Разработать многослойный НО с лицевой апертурой связи оптимизированной формы, благодаря которой достигается наиболее эффективное выравнивание фазовых скоростей четной и нечетной мод и, как следствие, уменьшение амплитудного и фазового разбаланса в рабочей полосе частот.

5. Провести экспериментальные исследования четырехлучевой ДОС Батле-ра на основе многослойного НО с апертурой связи модифицированной формы.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны математические модели микрополосковых двухшлейфных направленных ответвителей на квазисосредоточенных элементах и искусственных длинных линиях, отличающиеся реализацией в виде электрических схем замещения с сосредоточенными элементами и, как следствие, возможностью расчета основных показателей методом синфазно-противофазного возбуждения, параметрической оптимизацией топологии и позволяющие конструировать ответвители со сниженными габаритными размерами и расширенными функциональными возможностями.

2. Предложены топологии микрополосковых двухшлейфных направленных ответвителей, отличающиеся совмещением классических и инновационных подходов к реализации распределенных реактивностей, позволяющих реализовать направленные ответвители с уменьшенными габаритами.

3. Разработаны четырехлучевые микрополосковые ДОС Батлера на базе оригинальных топологий двухшлейфных НО, отличающиеся сниженными габаритами и разбалансом амплитуд и фаз в рабочей полосе частот, обеспечивающие возможность безынерционного управления диаграммой направленности антенной решетки.

Теоретическая значимость результатов работы заключается в том, что разработанные математические модели в виде электрических схем замещения двухшлейфных направленных восьмиполюсников с квазисосредоточенными реактивными элементами и искусственными длинными линиями в совокупности с методикой перехода от сосредоточенных элементов к планарной топологии спо-

собствуют развитию теории микроволновых устройств в части анализа и параметрического синтеза.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в том, что на их основе:

- разработаны базовые топологии микрополосковых НО, позволяющие значительно сократить габаритные размеры традиционных НО в УВЧ-диапазоне, расширить функциональные возможности по типам направленности одновременно в нескольких некратных полосах частот;

- разработаны рекомендации по реализации топологий двухшлейфных НО, позволяющие сократить габаритные размеры НО и четырехлучевых ДОС на их основе без ухудшения их параметров, а также по расширению функциональных и частотных возможностей НО.

Методология и методы диссертационного исследования, применяемые в работе, основываются на декомпозиции симметричных восьмиполюсников методом синфазно-противофазного возбуждения, на методах теории цепей с распределенными параметрами, на численном аппарате теории матриц, на компьютерном электродинамическом моделировании, на стандартных методах натурных экспериментальных измерений Б-параметров многополюсных устройств.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование математических моделей микрополосковых двухшлейфных НО в виде электрических схем замещения в совокупности с методикой перехода от сосредоточенных схем замещения к планарным топологиям позволяет эффективно выполнить оптимизацию параметров и характеристик НО и обеспечить заданные требования к ДОС на их основе.

2. Замещение традиционных четвертьволновых отрезков линий в трехдеци-бельных НО квазисосредоточенными элементами в виде встречно-штыревых конденсаторов, меандровых линий и их оригинальным соединением в предложенных топологиях позволяет рационально использовать внутреннее исходное незанятое пространство НО и минимизировать габариты на (69-83) % относительно традиционных двухшлейфных ответвителей.

3. Возможность обеспечения в одной топологии двухшлейфного НО двух типов направленности в смежных полосах частот за счет оптимизации топологии, что позволяет расширить области применения ответвителей.

4. Модификация лицевой апертуры связи многослойного НО и придание ей специальной формы позволяет уменьшить амплитудный разбаланс характеристик четырехлучевой ДОС.

Степень достоверности результатов обусловливается классическим декомпозиционным методом синфазно-противофазного возбуждения, широко применяемым к симметричным восьмиполюсникам, апробированным математическим аппаратом теории цепей, электродинамическим моделированием в специализированных системах автоматизированного проектирования (САПР). Полученные результаты также подтверждены натурным экспериментом.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научно-технической конференции (НТК) «Информационные технологии в связи, вычислительной технике и энергетике» (Воронеж, 2010), Всероссийской научно-практической конференции (НПК) «Неравновесные процессы в природе» (Елец, 2010), Всероссийской НПК «Техника и безопасность объектов уголовно-исполнительной системы» (Воронеж, 2011), Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2011), XI Международной конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2011), Всероссийской НПК «Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС» (Воронеж, 2017), Международной НПК «Техника и безопасность объектов уголовно-исполнительной системы» (Воронеж, 2018), Всероссийской НТК «Антенны и распространение радиоволн» (Санкт-Петербург, 2018), XXV Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2019).

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретическая значимость исследования подтверждается применением полученных результатов при выполнении НИОКР в АО «НКТБ «Феррит» по разработке распределительно-излучающих систем многолучевых антенн УВЧ-диапазона, запитываемых микро-

полосковыми линиями. Предложенные технические решения использованы в ОКР «Полянка-РЭБ» центра системных разработок - филиала АО «Научно-технический центр РЭБ». Полученные результаты используются в процессе преподавания дисциплины «Микроволновые устройства обработки сигналов» в ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» для магистрантов по направлению подготовки 11.04.01 Радиотехника а также дисциплины Устройства сверхвысоких частот и антенны в Воронежском институте ФСИН России по специальности 11.05.02 Специальные радиотехнические системы. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных работ, в том числе 10 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Личный вклад автора состоит в предложенных модифицированных топологиях микрополосковых НО [30; 42; 43; 103; 107; 124; 125; 127; 128; 129], их эквивалентных схемах замещения и математических моделях [30; 42; 43]; в предложенной методике реализации планарного элемента заданной топологии по известной емкости [64]; в разработке четырехлучевых ДОС Батлера на основе модифицированных топологий НО [35; 102; 104; 106; 107; 117; 118; 119; 129; 130].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы из 131 наименования. Основная часть работы изложена на 148 страницах, включает 122 рисунка и 5 таблиц.

Глава 1 Современные технологии микрополосковых направленных ответвителей диапазонов УВЧ и СВЧ

Направленные ответвители представляют собой важный класс пассивных устройств УВЧ и СВЧ-техники из-за многообразия их применения. В частности можно выделить диаграммообразующие схемы, балансные смесители, балансные усилители, рефлектометры с измерительными мостами и т. д.

Широко известной реализацией является двухшлейфный НО, представляющий собой восьмиполюсник, в котором сигнал, подаваемый на порт 1 устройства делится между двумя выходными портами 3 и 4 с заданным соотношением, при этом порт 2 восьмиполюсника остается развязанным (рис. 1.1, а). К направленным ответвителям со связью шлейфного типа также относятся кольцевые ответвители, в которых фазовый сдвиг между выходными портами составляет 180° (рис. 1.1, б). При возбуждении порта 1 в обе стороны по кольцу распространяются волны, которые в точке размещения портов 2 и 4 оказываются синфазными, а в области порта 3 - противофазными. Поэтому мощность делится поровну между портами 2 и 4, а порт 3 - развязан. При этом порты 2 и 4 возбуждаются в противофазе, т. к. расстояние между ними равно l/2, или 180°.

м

Парт

а б

Рис. 1.1. Направленные ответвители: а - двухшлейфный НО; б - шлейфный

кольцевой НО

Широкое распространение получили квадратурные НО, в которых входная мощность делится поровну между выходными портами (трехдецибельные ответвители), вместе с тем фазовый сдвиг между выходными портами составляет 90°.

Следующая группа устройств - это направленные ответвители с распределенной электромагнитной связью, представляющие собой систему из двух линий, связанных по электромагнитному полю. Различают боковую и лицевую электромагнитную связь (рис. 1.2).

а 6

Рис. 1.2. НО с распределенной электромагнитной связью: а - с боковой связью;

6 - с лицевой связью

В линии 1-3 распространяется волна, которая приводит к возникновению в линии 2-4 двух волн, которые в плече 2 складываются синфазно, а в плече 4 -противофазно. Как и в двухшлейфном НО, разность выходных сигналов в НО с распределенной связью равна 90°. Отличительной особенностью шлейфных от-ветвителей и ответвителей на связанных линиях является их направленность. Принято различать сонаправленнные, транснаправленные и противонаправленные ответвители, к последним относятся НО на связанных линиях.

Однако рассмотренным классическим (традиционным) вариантам ответви-телей свойственны следующие недостатки: габаритные размеры направленных ответвителей в диапазоне УВЧ велики, что затрудняет их совместное применение в некоторых СВЧ-устройствах, традиционные НО относительно узкополосные и, как правило, функционируют в одной полосе частот, что ограничивает их приме-

нение как в сверхширокополосных, так и в многополосных системах связи, к тому же классические ответвители не обладают свойством транснаправленности. Таким образом, возникает необходимость в конструктивных решениях, позволяющих расширить функциональные возможности НО. В настоящее время на базе традиционных шлейфных направленных ответвителей и ответвителей на связанных линиях создано множество оригинальных и интересных конструкций, которые в ряде случаев существенно улучшают характеристики и массогабаритные показатели данных устройств [1].

1.1 Обзор малогабаритных направленных ответвителей

В работе [2] предложена топология шлейфного НО, состоящая из восьми открытых резонаторов. Каждый резонатор состоит из короткой высокоомной линии и длинной низкоомной линии с открытым концом (рис. 1.3, а). На рис. 1.3, б изображена эквивалентная электрическая схема анализируемого ответвителя на сосредоточенных элементах.

а б

Рис. 1.3. Ответвитель резонаторного типа: а - макет; б - эквивалентная схема

Длина высокоомной линии меньше 1 /10, где 1 - длина волны на центральной частоте. Таким образом, высокоомный отрезок линии можно представить сосредоточенным элементом в виде индуктивности, в свою очередь низкоомный отрезок линии заменяется сосредоточенным элементом в виде конденсатора. Вы-

борки в форме квадратов в металле низкоомных шлейфов предназначены для подавления паразитных гармоник, они расположены в плечах устройства и представляют собой резонаторы.

Емкости С12 являются эквивалентными для низкоомных шлейфов с выборкой в металле. Емкости С11 представляют собой также низкоомные шлейфы, расположенные в точках соединения с портами. Известно, что постоянная распространения волны растет с увеличением емкости, таким образом, возможно использование укороченной физической структуры для получения заданной электрической длины.

В работе [2] указано, что создан экспериментальный макет, работающий в полосе частот 0,90-1,02 ГГц и характеризующийся следующими параметрами (рис. 1.4): разбалансом коэффициента деления мощности 0,5 дБ, фазы ± 1°, отраженной мощностью на входе не более «минус» 15 дБ.

-8 и ......; ...

А г~

II ^у

■VI 1 7' 1 П 11 I 1

у ЛМд, N 1 *' ** « 111 1 ' Л 1 I 1

к./ '' - ,А || 4Л И *

№ » • '¿Ьэ

А1 р / ■1 н

0 1 1 > V 5 1 6 ■ 1 7 8

Ргесщепсу (ОН,:)

Рис. 1.4. Измеренные ^-параметры НО резонаторного типа

Применительно к центральной частоте 0,96 ГГц площадь, занимаемая устройством, составила 630,33 мм2, что соответствует 20,4 % от традиционной топологии.

В работе [3] предлагается интересный подход к реализации кольцевого НО с выборками в проводящем слое металлизации (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Макет НО с выборками в слое металлизации

Указанные выборки служат для подавления паразитных гармоник более вы-

3

сокого порядка, вплоть до шестой. Электрически длинный • отрезок вложен

внутрь кольцевого ответвителя, образуя полукольцо. При этом он оказывается электрически связан с остальными тремя четвертьволновыми отрезками. Сворачивание кольцевого направленного ответвителя привело к четырехкратному уменьшению габаритных размеров устройства по сравнению с традиционной реализацией. В работе также приведена эквивалентная схема, позволяющая рассчитать S-параметры устройства.

В последнее время значительно вырос интерес к применению композитных линий передачи [4] в технике сверхвысоких частот. Свидетельство тому - число публикаций по данной тематике, фиксируемых в электронной библиотеке сайта IEEE Xplore. C 2010 по 2017 г. поиск по ключевой фразе Composite Right/Left-Handed выявил 663 публикации. На рис. 1.6 приведены фотографии одного из макетов ответвителя на композитных линиях [5]. Четвертьволновые отрезки линий заменены последовательно включенными емкостными элементами (рис. 1.6, а). Со стороны заземления ответвитель представляет собой выборку в металле в виде фрактальной геометрии резонатора с разомкнутыми петлями (рис. 1.6, б).

а б

Рис. 1.6. Макет НО на композитных линиях: а - вид сверху; б - вид снизу

Результаты экспериментальных измерений ^-параметров и фазового сдвига в НО изображены на рис. 1.7, а и 1.7, б соответственно. Коэффициент отражения от входа на центральной частоте 0,88 ГГц равен «минус» 22,3 дБ, развязка £41

не хуже «минус» 30 дБ. Переходное ослабление и рабочее затухание варьируются от 3,6 до 4,1 дБ от номинального значения в 3 дБ. К сожалению, авторы работы не указали нумерацию портов, следовательно, не представляется возможным корректно сопоставить переходное ослабление и рабочее затухание с параметрами ^31 и >$21. Отклонение разности фаз выходных сигналов от 90° не превышает ± 3°.

Ргечиепсу(ОНг)

а

100 50 0

га -50 ■о

1-100

л

£ -150 -200

1 « 1 1 1 1 1 1 1

Г 1 1 1 1 1 1-Меа^игетет

/ ну 1 — 51тЫа№п р

/ 1 \

11 \ 1 1

— л \ | 1

141 \ / 1

Л / 1 1

1

0.75

0.50

0.85 0.90

Ргсаиепсу1СНг!

0 95

б

Рис.

а

1.7. Частотные зависимости НО на композитных линиях: - ^-параметры; б - разность фаз квадратурных выходов

Благодаря использованию фрактальных выборок удалось достичь уменьшения габаритов на 81 % по сравнению с традиционной топологией.

В работе [6] для уменьшения габаритов НО предложено заменить четвертьволновые шлейфы парой параллельных шлейфов, каждый из которых имеет свое волновое сопротивление 2Х, и электрическую длину в1, в2 (рис. 1.8). Там же

приведены математические соотношения для расчета геометрических размеров устройства.

г, о

, 02

Рис. 1.8. Эквивалентная схема замещения четвертьволнового отрезка

Топология устройства изображена на рис. 1.9. Габариты ответвителя составили 20 х 20 мм без учета длины питающих линий, что соответствует 68 %-му сокращению габаритных размеров по сравнению с традиционным НО.

Рис. 1.9. Топология предлагаемого ответвителя на параллельных шлейфах

Созданный на основе топологии макет предназначен для функционирования на частоте 1,675 ГГц и обладает коэффициентом отражения Б11 на центральной

частоте «минус» 35,1 дБ, развязкой между портами Б41 «минус» 34,1 дБ. Уровень

передачи мощности на выходных портах (максимальный разбаланс амплитуд) составляет (-3,0 ± 0,2) дБ. Разность фаз выходных сигналов на центральной частоте

составила (-90,0 ± 0,7)°. Материал используемой подложки - РТБЕ с толщиной к = 1 мм и диэлектрической проницаемостью ег=2,64.

В работе [7] предлагается сокращение габаритных размеров традиционного ответвителя с помощью Т-образных шлейфов. Авторами приводится схема замещения (рис. 1.10). В работе также приведены расчетные соотношения и графики удельных сопротивлений для Т-образных шлейфов.

а б

Рис. 1.10. Замещение четвертьволнового шлейфа: а - шлейф длиной 1 /4; б - его

схема замещения

На рис. 1.11 представлена модифицированная структура устройства в сравнении с традиционной топологией, габариты макета составили 11,05 х 10,85 мм, что соответствует уменьшению на 70,4 %.

Рис. 1.11. Направленный ответвитель на основе Т-образных шлейфов

На рис. 1.12, а изображены частотные зависимости 5 -параметров НО, фазо-частотная характеристика изображена на рис. 1.12, б.

200-,

150-

М) 4> 100-

■о

50-

■л

5= 0-

14

У'г -50-

4**

О

г

JZ -100-

—

-150-

-200-

1 - 1 1 г ^ j

Ц! г -- ---Simulated Ang IS21 \ — — Simulated Ang|Sji[ r-

1 1 ___ t "- т - Measured Aug IS21] Measured Ang |Sjjj

1 1

-

2.« 2.1 2.2 2 J 2.4 2'.5 2.6 2.1 2iS 2.4 3i0 Frequency (GHz)

а б

Рис. 1.12. Частотные зависимости характеристик НО на Т-образных шлейфах: а - измеренные ^-параметры; б - разность фаз

На центральной частоте 2,45 ГГц устройство характеризуется следующими параметрами: коэффициентом отражения - «минус» 24,68 дБ, развязкой между входными портами - «минус» 24,97 дБ, рабочим затуханием £21 - «минус»

3,05 дБ, переходным ослаблением - «минус» 3,17 дБ, разностью фаз выходных сигналов - 89,17°.

В работе [8] предложена топология и соответствующая ей конструкция малогабаритного НО с гантелеобразными дефектами и кольцевыми резонаторами в заземляющей пластине. Микроволновые устройства с использованием БОБ получили достаточно широкое распространение из-за относительной простоты реализации выборок в плоскости заземления [9]. В настоящее время технология БОБ используется для уменьшения габаритных устройств, расширения полосы рабочих частот микрополосковых неизлучающих устройств и антенн, подавления паразитных гармоник, а также для улучшения взаимной электродинамической связи между смежными элементами. На рис. 1.13 представлен макет устройства с выборками в плоскости заземления.

Рис. 1.13. Макет ответвителя на основе БОБ

На рис. 1.14, а изображены амплитудно-частотные характеристики коэффициента отражения 5'11, переходное ослабление и рабочее затухание Б12 и £13 показаны на рис. 1.14, б. Развязка между первым и четвертым портами изображена на рис. 1.14, в.

о

-5 -10

ЁГ Й

-20 -25

И

* \ "Ч. * \ 1) ,

чЧ / ;

1 \ Г ¿X/ ; ' ->-311 51т /V ;

533 51т

-"Э11 теа ^ ,■'/ ; : \ у V —£йЗ_теа

1 15

ПиивляЮНг)

а

„ 10

ей' д,

.Й -20

-30

2.5

«■10

■26

Е -ЭЙ

А ч\ П \У \у \ \\

" И

" 1 —512_теа -51Э_теа

1.5 2 Рг«|ивпсу{бНг)

б

\\ , 4 \ / \ \ У \\ / \Л

е / 1Л * / \ V / V > -+-314, ат ^

\ А 1 * \ —314_теа

I 1.5 2 2.5 3

Ргв}иегку(вНг)

в

2.5 3

Рис. 1.14. Амплитудно-частотные характеристики: а - коэффициент отражения; б - переходное ослабление и рабочее затухание; в - развязка

Результаты измерения следующие. Вносимые потери в полосе частот 1,2-1,5 ГГц не превышают (-3,0 ± 0,5) дБ, коэффициент отражения не хуже «минус» 13,5 дБ, развязка на центральной частоте равна «минус» 30 дБ. Габаритные размеры устройства составили 80 х 70 мм. В сравнении с традиционным НО удалось достичь уменьшения габаритов на 18,9 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Щетинин Никита Николаевич, 2019 год

Список литературы

1. Останков А. В. Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов [Электронный ресурс] / А. В. Останков, Н. Н. Щетинин // Радиостроение. - 2017. - № 5. - Режим доступа: https://www.radiovega.su/jour/article/view/111 (дата обращения: 05.05.2018 г.).

2. Lian G. A new miniaturized microstrip branch-line coupler with good harmonic suppression / G. Lian, Z. Wang, Z. He // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2017. - Vol. 67. - P. 61-66.

3. Kazerooni М. Size reduction and harmonic suppression of rat-race hybrid coupler using defected microstrip structure / М. Kazerooni, M. Aghalari // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2011. - Vol. 26. - P. 87-96.

4. Вендик О. Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) / О. Г. Вендик // Журн. технической физики. - 2013. - № 1. - С. 328.

5. Xu He-Xiu. Novel composite right-/left handed transmission lines using fractal geometry and compact microwave devices application [Electronic resource] / He-Xiu Xu, Guang-Ming Wang, Jian-Gang Liang // Radio Science. -2011. - Vol. 46. - Available at: https : //agupubs. onlinelibrary. wiley. com/doi/epdf/10. 1029/2010RS004617 (Accessed 8 September 2017).

6. Sun L. A novel miniaturized branch-line coupler with equivalent transmission lines / L. Sun, Y.-Z. Yin, X. Lei // Progress In Electromagnetics Research Letters. -2013. - Vol. 38. - P. 35-44.

7. Ghatak R. Realization of miniaturized quadrature hybrid coupler with reduced length branch arms using recursively loaded stubs / R. Ghatak, M. Pal, B. Sarkar // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2013. - Vol. 43. - P. 45-54.

8. Song L. A miniaturized directional coupler using complementary split ring resonator and dumbbell-like defected ground structure / L. Song, Y. Nie // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2016. - Vol. 63. - P. 53-57.

9. Khandelwal M. K. Defected ground structure: fundamentals, analysis, and applications in modern wireless trends [Electronic resource] / M. K. Khandelwal, B. K. Kanaujia, S. Kumar // International Journal of Antennas and Propagation. -2017. - Vol. 5. - Available at: https://www.hindawi.com/journals/ijap/2017/2018527/ (Accessed 4 September 2018).

10. Compact branch-line coupler using composite right/left handed transmission lines with novel CSSRR / W. Dao-zhi [etc.] // 2nd International conference on consumer electronics, communications and networks, 21-23 Apr. 2012. - Yichang, 2012. -P. 218-221.

11. Choi Kyo-Soon. Compact branch-line coupler with harmonics suppression using meander T-shaped line / Kyo-Soon Choi, Ki-Cheol Yoon, Jae-Yeong Lee // Microwave and Optical Technology Letters. - 2014. - Vol. 56 - P. 1382-1384.

12. Nosrati M. Realization of a compact branch-line coupler using quasi-fractal loaded coupled transmission-lines / M. Nosrati, B. S. Virdee // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2010. - Vol. 13. - P. 33-40.

13. Летавин Д. А. Миниатюрные конструкции микрополосковых мостовых устройств / Д. А. Летавин // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. - 2016. -№ 18. - С. 917-921.

14. Investigation of the frequency influence on the miniaturization efficiency of microstrip devic-es using LPFs [Electronic resource] / D. A. Letavin [etc.] // 10th European Conf. on Antennas and Propagation, 10-15 Apr. 2016. - Davos, 2016. -Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/7481614 (Accessed 10 October 2017).

15. Chang Wei-Shin. A high slow-wave factor microstrip structure with simple design formulas and its application to microwave circuit design / Wei-Shin Chang, Chi-Yang Chang // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. - 2012. - Vol. 60. - P. 3376-3383.

16. Tseng Chao-Hsiung. A rigorous design methodology for compact planar branch-line and rat-race couplers with asymmetrical T-structures / Chao-Hsiung Tseng, Chin-Lin Chang // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. - 2012. - Vol. 60. - P. 20852092.

17. Sun S. Miniaturised patch hybrid couplers using asymmetrically loaded cross slots / S. Sun, L. Zhu // IET Microwaves, Antennas & Propagation. - 2010. - Vol. 4. -P. 1427-1433.

18. Design of planar dual-band branch-line coupler with П-shaped coupled lines / Y. Cao, J. Wen, H. Hong, J. Liu // Progress In Electromagnetics Research Letters. -2015. - Vol. 55. - P. 113-120.

19. Novel compact dual-band branch-line couplers with half elliptical-ring impedance stub lines / Y.-L. Han, Y.-C. Jiao, T. Ni, Z.-B. Weng // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2015. - Vol. 56. - P. 9-15.

20. Chin K. S. Compact dual-band branch-line and rat-race couplers with stepped-impedance-stub lines / K. S. Chin, K. M. Lin, Y. H. Wei // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. - 2010. - Vol. 58. - P. 1213-1221.

21. Гвоздев В. И. Объемные интегральные схемы СВЧ / В. И. Гвоздев, Е. И. Нефедов. - М. : Наука, 1985. - 256 с.

22. Taravat S. Compact dual-band stubless branch-line coupler / S. Taravat, М. Khalaj-Amirhosseini // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. - 2012. - Vol. 26. - P. 1323-1331.

23. Lu K. An efficient method for analysis of arbitrary nonuniform transmission lines / K. Lu // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. - 1997. - Vol. 45. - P. 9-14.

24. Khalaj-Amirhosseini M. Analysis of coupled or single nonuniform transmission lines using stepby-step numerical integration / M. Khalaj-Amirhosseini // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2006. - Vol. 58. - P. 187-198.

25. Khalaj-Amirhosseini M. Analysis of coupled or single nonuniform transmission lines using Taylors series expansion / M. Khalaj-Amirhosseini // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2006. - Vol. 60. - P. 107-117.

26. Paul C. R. Analysis of multiconductor transmission lines / C. R. Paul. - Ho-boken , New Jersey : John Wiley, 2008. - 773 p.

27. Miniaturized size of dual-band-meandered branch-line coupler for WLAN application / M. Jizat, S. K. A. Rahim, T. A. Rahman, A.Y. Abdulrahman // Microwave and Optical Technology Letters. - 2011. - Vol. 53. - P. 2543-2547.

28. Jeong Y. S. Design and analysis of swapped port coupler and its application in a miniaturized Butler matrix / Y. S. Jeong, T. W. Kim // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2010. - Vol. 58. - P. 764-770.

29. Miniaturization of trans-directional coupled line couplers using series inductors / H. Liu, S.-J. Fang, Z. Wang, Y. Zhou // Progress In Electromagnetics Research. -

2014. - Vol. 46. - P. 171-177.

30. Калинин Ю. Е. Микрополосковый двухшлейфный направленный ответ-витель со специальными характеристиками / Ю. Е. Калинин, А. В. Останков, Н. Н. Щетинин // Радиотехника. - 2016. - № 6. - С. 44-49.

31. Passive microwave component design using inverse scattering: theory and applications [Electronic resource] / I. Arnedo, I. Arregui, M. Chudzik, F. Teberio // International Journal of Antennas and Propagation. - 2013. - Vol. 2013. - Available at: https://www.hindawi.com/journals/ijap/2013/761278/ (Accessed 3 July 2016).

32. Банков С. Е. Проектирование и экспериментальное исследование антенной решетки на EBG волноводах / С. Е. Банков, Л. И. Пангонис, Е. В. Фролова // Радиотехника и электроника. - 2010. - № 11. - С. 1296-1310.

33. Keshavarz R. A compact and wideband coupled-line coupler with high coupling level using shunt periodic stubs / R. Keshavarz, М. Movahhedi // Radioengineering. - 2013. - Vol. 22. - P. 323-327.

34. Новая конструкция миниатюрного микрополоскового резонатора на основе встречно-штыревой структуры / Б. А. Беляев, A. M. Сержантов, Я. Ф. Бальва, А. А. Лексиков // Письма в журнал технической физики. - 2014. - № 22. - С. 5260.

35. Нечаев Ю. Б. Четырехлучевая матрица Батлера диапазона 4-8 ГГц на основе направленного ответвителя с щелевой связью / Ю. Б. Нечаев, Е. С. Макаров, Н. Н. Щетинин // Вестн. Воронеж. ин-та МВД России. - 2010. - № 4. - С. 44-52.

36. Moradian М. Improving isolation of slot-coupled directional couplers with weak and tight couplings / М. Moradian // IET Microwaves Antennas & Propagation. -

2015. - Vol. 9. - P. 1645-1652.

37. Moscoso-Martir М. High performance multi-section corrugated slot-coupled directional / М. Moscoso-Martir, I. Molina-Fernandez, А. Ortega-Monux // Progress In Electromagnetics Research. - 2013. - Vol. 134. - P. 437-454.

38. Novel UWB CB-CPW butler matrix for wireless applications / М. Nedil [etc.] // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 6-11 July 2014. -Memphis, 2014. - P. 1800-1801.

39. Liang C.-H. Enhanced coupling structures for tight couplers and wideband filters / C.-H. Liang, W.-S. Chang, C.-Y. Chang // IEEE Trans. Microwave Theory Tech.

- 2011. - Vol. 59. - P. 574-583.

40. Single-layer microstrip high-directivity coupled-line coupler with tight coupling / Y. Wu, W. Sun, S.-W. Leung, Y. Diao // IEEE Trans. Microwave Theory Tech.

- 2013. - Vol. 61. - P. 746-753.

41. Щетинин Н. Н. Микрополосковые многослойные широкополосные направленные ответвители СВЧ-диапазона / Н. Н. Щетинин, В. А. Мельник // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2014. - № 3. - С. 22-27.

42. Щетинин Н. Н. Математическая модель для проектирования микропо-лоскового направленного ответвителя на квазисосредоточенных элементах / Н. Н. Щетинин, А. В. Останков, Е. И. Воробьева // Вестн. Воронеж. гос. техн. унта. - 2014. - Т. 10, № 3-1. - С. 66-70.

43. Щетинин Н. Н. Математическая модель квадратурного направленного ответвителя на сосредоточенных элементах / Н. Н. Щетинин // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2013. - № 2. - С. 26-29.

44. Щетинин Н. Н. Анализ математических методов оптимизации пассивных СВЧ-устройств / Н. Н. Щетинин, В. А. Мельник // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2013. - № 2. - С. 30-34.

45. Harrington R. F. Field computation by moment method / R. F. Harrington. -Macmillan, 1968. - 240 p.

46. Никольский В. В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики / В. В. Никольский. - М. : Наука, 1967. - 460 с.

47. Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики / А. Д. Григорьев. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2012. - 232 с.

48. Колмаков И. А. Электродинамический анализ многослойных СВЧ-структур : дис. ... канд. физ.-мат. наук / И. А. Колмаков ; С.-Петерб. гос. электро-техн. ун-т. - СПб., 2006. - 126 с.

49. Леонтович М. А. Избранные труды. Теоретическая физика / М. А. Леонтович. - М. : Наука, 1985. - 432 с.

50. Ландау Л. Д. Электродинамика сплошных сред / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. - М. : Наука, 1982. - 621 с.

51. A transdirectional coupled-line coupler with a vertical insert / A. N. Sychev [etc.] // 25th Int. Crimean Conf. «Microwave & Telecommunication Technology», 26 Sept. 2015. - Sevastopol, 2015. - P. 547-549.

52. Mosig J. R. Arbitrary shaped microstrip structures and their analysis with a mixed potential integral equation / J. R. Mosig // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1988. - Vol. 36. - P. 314-323.

53. Малорадский А. Г. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полос-ковых линиях / А. Г. Малорадский, Л. Р. Явич. - М. : Сов. радио, 1972. - 232 с.

54. Денисенко Д. В. Моделирование электромагнитных связей между пла-нарными резонаторами [Электронный ресурс] / Д. В. Денисенко, В. В. Радченко // Журн. радиоэлектроники. - 2016. - № 1. - Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jan16/index.html (дата обращения: 01.12.2018 г.).

55. Силаев М. А. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств / М. А. Силаев, С. Ф. Брянцев. - М. : Радио и связь, 1969. - 248 с.

56. Неганов В. А. Теория и применение устройств СВЧ / В. А. Неганов, Г. П. Яровой. - М. : Радио и связь, 2006. - 720 с.

57. Богданов А. М. Сверхширокополосные микроволновые устройства / А. М. Богданов, А. П. Кренецкий, В. П. Мещанов. - М. : Радио и связь, 2001. -556 с.

58. Стронгин Р. Г. Численные методы в многоэкстремальных задачах / Р. Г. Стронгин. - М. : Наука, 1978. - 239 с.

59. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ : учеб. для радиотехн. спец. вузов / Д. М. Сазонов. - М. : Высш. шк., 1988. - 432 с.

60. Малушков Г. Д. Антенны и устройства сверхвысоких частот / Г. Д. Малушков. - М. : МИРЭА, 1973. - 261 с.

61. Фуско В. СВЧ-цепи. Анализ и автоматическое проектирование /

B. Фуско. - М. : Радио и связь, 1990. - 288 с.

62. Tang C. W. Synthesizing microstrip branch-line couplers with predetermined compact size and bandwidth / C. W. Tang, M. G. Chen // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2007. - Vol. 9. - P. 1926-1934.

63. ADS 2011 Product Release [Electronic resource]. - Available at: http://www.keysight.com/ru/pd-1835794/ads 2011 (Accessed 2 April 2014).

64. Щетинин Н. Н. Реализация планарного элемента топологии микропо-лоскового устройства по заданной емкости в схеме замещения / Н. Н. Щетинин, А. В. Останков, В. А. Мельник // «Радиолокация, навигация, связь» : сб. трудов XXV Международной науч.- техн. конф., 16-18 апр. 2019 г. - Воронеж, 2019. - С. 50-55.

65. Сычев А. Н. Трехкаскадный транснаправленный ответвитель Х-диапазона / А. Н. Сычев, С. М. Стручков, Н. Ю. Рудый // Доклады ТУСУР. - 2015. - № 4 (38). - С. 12-16.

66. A novel trans-directional coupler based on vertically installed planar circuit / A. N. Sychev [etc.] // 18th European Microwave, 7-10 Sept. 2015. - Paris, 2015. -P. 283-286.

67. Мунина И. В. Разработка и исследование направленных ответвителей СВЧ с расширенными функциональными возможностями, выполненных с применением многослойных технологий : дис. ... канд. техн. наук / И. В. Мунина ;

C.-Петерб. гос. электротехн. ун-т им. В. И. Ульянова (Ленина). - СПб., 2015. -110 с.

68. Vogel R.W. Analysis and design of lumped-and lumped-distributed-element directional couplers for MIC and MMIC applications // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1992. - Vol. 40. - P. 253-262.

69. Вендик О. Г. Антенны с немеханическим качанием луча / О. Г. Вендик. -М. : Сов. радио, 1965. - 259 с.

70. Бененсон Л. С. Антенные решетки / Л. С. Бененсон. - М. : Сов. радио, 1966. - 423 с.

71. Разработка широкополосных матриц Батлера для Ь и Б диапазонов / В. А. Следков [и др.] // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии : тр. 15-й Междунар. крымской конф., 2005 г. - Севастополь, 2005. - С. 572-573.

72. Следков В. А. Синтез направленных ответвителей с фиксированной разностью фаз выходных сигналов / В. А. Следков // Радиотехника и электроника. - 1981. -Т. 26, № 6. - С. 1310-1313.

73. Егги Б. А. Оптимизация структуры диаграммообразующей схемы Батлера / Б. А. Егги, В. А. Следков // Техника средств связи. Сер. Общетехническая. - 1981. -№ 4 (15). - С. 50-56.

74. Хансен Р. Ц. Сканирующие антенные системы СВЧ / Р. Ц. Хансен ; под ред. Г. Т. Маркова, А. Ф. Чаплина. - М. : Сов. радио, 1971. - 464 с.

75. Щетинин Н. Н. Модифицированные диаграммообразующие схемы на основе матрицы Батлера / Н. Н. Щетинин // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2014. - № 4. - С. 18-25.

76. Нечаев Ю. Б. Моделирование четырехлучевой матрицы Батлера диапазона 2.4-2.48 ГГц / Ю. Б. Нечаев, Е. С. Макаров, Н. Н. Щетинин // Техника и безопасность объектов уголовно-исполнительной системы : сб. матер. отк. всерос. науч.- прак. конф., 2010 г. - Воронеж, 2010. - С. 65-70.

77. Щетинин Н. Н. Моделирование четырехлучевой матрицы Батлера диапазона 1,5-1,75 ГГц / Н. Н. Щетинин // Информационные технологии в связи, вычислительной технике и энергетике : сб. док. междунар. науч. конф., 2010 г. - Воронеж, 2010. - Ч. 1. - С. 149-155.

78. Устройства СВЧ и антенны / Д. И. Воскресенский [и др.] ; под ред. Д. И. Воскресенского. - М. : Радиотехника, 2006. - 376 с.

79. Хансен Р. С. Фазированные антенные решетки / Р. С. Хансен ; пер. с англ., под ред. А. И. Синани. - М. : Техносфера, 2012. - 558 с.

80. Fakoukakis F. E. Development of an adaptive and a switched beam smart antenna system for wireless communications / F. E. Fakoukakis, S. G. Diamantis, G. A. Kyriacou // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. - 2006. - Vol. 20, № 3. - P. 399-408.

81. Neron J.-S. Microstrip EHF Butler Matrix Design and Realization / J.-S. Neron, Gilles-Y. Delisle // Electronics and Telecommunications Research Institute. - 2005. - Vol. 27, №. 6. - P. 788-797.

82. A new ultra-wideband beamforming for wireless communications in underground mines [Electronic resource] / M. Nedil, T. A. Denidni, A. Djaiz, M. A. Habib // Progress In Electromagnetics Research. - 2008. - Vol. 4. - Available at: http://www.jpier.org/PIERM/pier.php?paper=08070207 (Accessed 2 February 2016).

83. Следков В. А. Широкополосные матрицы Батлера диапазона 4-8 ГГц / В. А. Следков, Л. А. Обрезанова, М. Б. Мануилов // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2009. - № 6. - С. 73-78.

84. 4 x 4 Butler matrix beam forming network using novel reduced size branch line coupler [Electronic resource] / T. K. Gary [etc.] // 31st European Microwave Conference, 24-26 Sept. 2001. - London, 2001. - Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/4140117 (Accessed 7 March 2015).

85. On the diversity gain using a Butler matrix in fading MIMO environments / A. Grau [etc.] // ACES International Conference on Wireless Communications and Applied Computational Electromagnetics, 3-7 Apr. 2005. - Honolulu, 2005. - P. 478-481.

86. On the MIMQ capacity using a Butler matrix with circular arrays in fading indoor environments / A. Grau [etc.] // IEEE AP International Symposium Dig., 3-8 July 2005. - Washington, 2005. - Vol. 2A. - P. 297-300.

87. A modified Butler matrix for taper excitation of scanned arrays / A. Fragola [etc.] // IEEE AP International Symposium Dig., 8-13 July 2001. - Boston, 2001. -Vol. 4. - P. 784-787.

88. De Lillo R. A. A high performance 8-input 8-output Butler matrix beamform-ing network for ultra-broadband applications / R. A. De Lillo // IEEE AP International Symposium, 28 June - 2 July 1993. - Ann Arbor, 1993. - Vol. 1. - P. 474-477.

89. Матричные схемы Батлера СВЧ-диапазона / Н. Н. Щетинин, Р. Н. Андреев, В. А. Мельник, М. Ю. Чепелев // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. -2012. - Т. 8, № 10-2. - С.78-85.

90. Design of 0-dB recon figurable directional coupler using metamaterial structure / I. Munina [etc] // Proc. 7th International Congress on electromagnetic materials in microwaves and optics, 16-21 Sept. 2013. - Talence, 2013. - P. 139-141.

91. Wincza K. Two-section asymmetric coupled-line impedance transforming directional couplers / K. Wincza, I. Piekarz, S. Gruszczynski // IET Microwaves, Antennas & Propagation. - 2015. - Vol. 9, №. 4. - P. 343-350.

92. Miniaturized planar branch-line coupler with asymmetrical п-shaped structure [Electronic resource] / D. Dasgupta [etc.] // Proc. National Conference on communications, 15-17 Feb. 2013. - New Delhi, 2013. - Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/6487907 (Accessed 1 April 2018).

93. Design, fabrication and test of a broadband high directivity directional coupler / S. M. Mousavi [etc.] // Proc. 23rd Iranian Conference on electrical engineering, 10-14 May 2015. - Tehran, 2015. - P. 168-170.

94. Гупта К. Машинное проектирование СВЧ устройств / К. Гупта, Р. Гардж, Р. Чадха. - М. : Радио и связь, 1987. - 432 с.

95. Miniaturized quasi-asymmetric forward-wave coupled-line coupler with arbitrary coupling level [Electronic resource] / J. Ha [etc.] // Proc. International Microwave Symposium, 2-7 June 2013. - Seattle, 2013. - Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/6697546 (Accessed 4 June 2017).

96. Малютин Н. Д. Исследование меандровой полосковой линии / Н. Д. Малютин, П. П. Галинский // Изв. Томск. политехн. ин-та. - 1974. - Т. 210 : Электроэнергетика. - С. 21-25.

97. Chiang Y. C. Design of a wideband lumped-element 3-dB quadrature coupler / Y. C. Chiang, C. Y. Chen // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2001. - Vol. 49, № 3. - P. 476-479.

98. A uniplanar compact photonic-bandgap (UC-PBG) structure and its applications for microwave circuits / F. R. Yang, K. P. Ma, Y. X. Qian, T. I. Itoh // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1999. - Vol 47, №. 8. - P. 1509-1514.

99. Yang H.-Y. D. Theory of microstrip lines on artificial periodic substrates / H.Y. D. Yang // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1999. - Vol. 47, № 5. - P. 629635.

100. Size-reduced rectangular patch hybrid coupler using patterned ground plane / S.H. Zheng, S. H. Yeung, W. S. Chan [etc.] // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. -2009. - Vol. 57, № 1. - P. 180-188.

101. Antoniades M. A. A broadband Wilkinson balun using microstrip metamaterial lines / M. A. Antoniades, G. V. Eleftheriades // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2005. - Vol. 4, № 8. - P. 209-212.

102. Щетинин Н. Н. Четырехлучевая матрица Батлера на основе модифицированного направленного ответвителя с квазисосредоточенными элементами [Электронный ресурс] / Н. Н. Щетинин // Современные научные исследования и инновации. - 2014. - № 5, ч. 1. - Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34163 (дата обращения: 19.05.2014 г.).

103. Останков А. В. Микрополосковый направленный ответвитель, выполненный на основе отрезков искусственных длинных линий / А. В. Останков, Н. Н. Щетинин // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер. Естественные и технические науки. - 2016. - № 1. - С. 23-25.

104. Останков А. В. Микрополосковая диаграммообразующая схема для сетей телекоммуникаций на основе многолучевых антенных решеток / А. В. Останков, Н. Н. Щетинин, В. А. Мельник // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. - 2016. - Т. 12, № 1. - С. 74-77.

105. Application of LTE 450 MHz in the electric energy sector / T. C. Ricardo [etc.] // European Conference on Networks and Communications, 12-15 July 2017. -Oulu, 2017. - P. 2-6.

106. Щетинин Н. Н. Диаграммообразующая схема для антенной решетки диапазона 450 МГц на малоразмерных направленных ответвителях / Н. Н. Щети-

нин, А. В. Останков // Антенны и распространение радиоволн : сб. докладов Все-рос. науч.-техн. конф., 17-19 окт. 2018 г. - СПб., 2018. - С. 126-130.

107. Щетинин Н. Н. Малогабаритная диаграммообразующая схема для беспроводных технологий в частотном диапазоне 450 МГц / Н. Н. Щетинин, А. В. Останков // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2018. - № 3. - С. 22-28.

108. Hayashi H. Four-element planar butler matrix using half-wavelength open stubs / H. Hayashi, D. A. Hitko, C. G. Sodini // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2002. - Vol. 12. - P 73-75.

109. Ronde F. C. A new class of microstrip directional couplers / F. C. Ronde // Microwave Symposium, G-MTT International, 11-14 May 1970. - Newport Beach, 1970. - P. 184-189.

110. Fonseca N. J. G. Printed S-band 4*4 Nolen matrix for multiple beam antenna applications / N. J. G. Fonseca // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2009. - Vol. 57, № 6. - P. 1673-1678.

111. Garcia J. A. A wide-band quadrature hybrid coupler / J. A. Garcia // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1971. - Vol. 19, № 7. - P. 660-661.

112. Hoffmann R. K. Microstrip-slot coupler design. - Part I : S-parameters of uncompensated and compensated couplers / R. K. Hoffmann, J. Siegl // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1982. - Vol. 30, № 8. - P. 1205-1210.

113. Tanaka T. Slot-coupled directional couplers on both-sided substrate MIC and their applications / T. Tanaka, K. Kusoda, M. Aikawa // Electron Commun Jpn., 1989. - Vol. 72, № 3. - P. 91-99.

114. Nedil M. Design of a new directional coupler using CPW multi layer technology / M. Nedil, L. Talbi, T. Denidni // Microwave and Optical Technology Letters. -2006. - Vol. 48, № 3. - P. 471-474.

115. Analysis and design of slot-coupled directional couplers between double-sided substrate microstrip lines / M. F. Wong, V. F. Hanna, О. Picon, H. Baudrand // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1991. - Vol. 39, № 12. - P. 2123-2129.

116. Synthesis and design of wideband symmetrical nonuniform couplers for MIC applications / S. A. Uysal [etc.] // IEEE MTT-SInt. Microw. Symp. Dig: international symposium, 25-27 May 1998. - New York, 1998. - Vol. 2, № 5. - P. 587-590.

117. Нечаев Ю. Б. Оптимизация структуры многослойного направленного ответвителя диапазона 4-8 ГГц и разработка компактной диаграммообразующей схемы Батлера на его основе / Ю. Б. Нечаев, Е. С. Макаров, Н. Н. Щетинин // Радиолокация, навигация, связь : тр. 17-й междунар. науч.-техн. конф., 12-14 апр. 2011 г. - Воронеж, 2011. - Т. 2. - С. 1573-1580.

118. Нечаев Ю. Б. Двухдиапазонная диаграммообразующая схема Батлера на основе прямоугольного направленного ответвителя с апертурной связью для WLAN стандарта 802.11 а/b/g / Ю. Б. Нечаев, Е. С. Макаров, Н. Н. Щетинин // Радиолокация, навигация, связь : тр. 17-й междунар. науч.-техн. конф., 12-14 апр. 2011 г. - Воронеж, 2011. - Т. 2. - С. 1581-1589.

119. Нечаев Ю. Б. Моделирование сверхширокополосного трехсекционного направленного ответвителя с апертурной связью / Ю. Б. Нечаев, Н. Н. Щетинин // Информатика: проблемы, методология, технологии : XI междунар. конф., 9-10 февр. 2012 г. - Воронеж, 2012. - Т. 1. - С. 290-291.

120. Norhudah S. Design and analysis of an ultrawideband three-section microstrip-slot coupler / S. Norhudah, M. E. Bialkowski // Microwave and Optical Technology Letters. - 2009. - Vol. 51. - P. 1889-1882.

121. Zheng S. Y. Dual-Band Rectangular Patch Hybrid Coupler / S. Y. Zheng, S. H. Yeung, W. S. Chan // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2008. - Vol. 56, № 1. - P. 1721-1728.

122. Tang C. W. Design of multipassband microstrip branch-line couplers with open stubs / C. W. Tang, M. G. Chen // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2009. -Vol. 57, № 1. - P. 196-204.

123. Collado C. Dual-band planar quadrature hybrid with enhanced bandwidth response / C. Collado, А. Grau, F. De Flaviis // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. -2006. - Vol. 54, № 1. - P. 180-188.

124. Щетинин Н. Н. Микрополосковые двухдиапазонные направленные от-ветвители / Н. Н. Щетинин, Р. Н. Андреев, В. А. Мельник // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2014. - № 2. - С. 9-14.

125. Щетинин Н. Н. Компактный микрополосковый 3-дБ квадратурный направленный ответвитель / Н. Н. Щетинин, В. А. Мельник // Вестн. Воронеж. ин-та ФСИН России. - 2014. - № 4. - С. 26-28.

126. Мезин Н. А. Малогабаритный модифицированный микрополосковый направленный ответвитель / Н. А. Мезин, Н. Н. Щетинин, К. С. Никитин // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС : сб. матер. всерос. науч.-прак. конф., 2017 г. - Воронеж, 2017. - С. 194-196.

127. Щетинин Н. Н. Микрополосковый направленный ответвитель УВЧ диапазона с уменьшенными габаритными размерами / Н. Н. Щетинин, В. А. Мельник, А. С. Ходырев // Техника и безопасность объектов уголовно-исполнительной системы : сб. матер. междунар. науч.- прак. конф., 2018 г. - Воронеж, 2018. - С. 203205.

128. Щетинин Н. Н. Двухдиапазонный микрополосковый направленный ответвитель с двумя типами направленности / Н. Н. Щетинин, А. В. Останков, Е. И. Воробьева // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. - 2014. - Т. 10, № 4. - С. 8687.

129. Нечаев Ю. Б. Широкополосная матрица Батлера на основе направленного ответвителя с апертурной связью / Ю. Б. Нечаев, Н. Н. Щетинин // Теория и техника радиосвязи. - 2011. - № 4. - С. 43-48.

130. Щетинин Н. Н. Трехлучевая матрица Батлера на основе двухшлейфно-го направленного ответвителя диапазона 1,5-1,75 ГГц / Н. Н. Щетинин // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 7, № 10. - С. 109-112.

131. Switched-beam antenna based on novel design of Butler matrices with broadside beam / M. Koubeissi, C. Decroze, T. Monediere, B. Jecko // Electronics Letters. - 2005. - Vol. 20. - P. 1097-1098.

Приложение А. Акты о внедрении результатов работы

Заме

«УТВЕРЖДАЮ»

^директора - главный

ÎVKTOfï

^«Феррит»

Камшалнн 2019 г.

АКТ

внедрен ля результатов диссертационной работы Щет линий Никиты Николаевича «Микрополосковые напрет.ictijзыс итнстнптали с м од ифк цированной топологией и диаграммообразующне схемы Eta их основе», представляемой на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07 - Антенны, CU4

устройства и их технологии

Комиссия в составе:

Председателя КОМИССИИ

К,т.н., Кастро ва H.A., - ведущего научного сотрудника АО «НКТВ «Феррит», заслуженного конструктора РФ;

Членов комиссии

к.т.н. Блинова 11. В.

Лаборатории №14;

к, т. и. Негробова Л. В.

инженера-конструктора

№14;

к.т.н. Негробова В.В. и нженера- коб структора №14

начальника

ведущего лаборатории

- ведущего лаборатории

составили настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Щсгинина Н_Н.; изложенные в трудах всероссийских и международных научно-технических конференций: Радиолокация, навигация, свяüb: сб. гр. XVII междунар, науч.-техfi. конф. Воронеж. 2011. Т.2; Антенны и распространение радиоволн: сб. науч. тр. Всероссийской научн.-техн. конф. Санкт-Петербург, 2038; опубликованные п журналах (включенных в Перечень реципируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы ос ни иные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук): Радиотехника, 2016. №6; Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер.: Естественные и технические науки. 2016, № 1; Вестник Воронежского государственного технического университета. 20]6. 'Г. 12. № I; Теория ч текника радиосвязи, 2011. № 4, внедрены ь выполняемых НИОКР при разработке распределительно-излучающих систем Многолучевых антенн УВЧ диапазона, записываемы к микрополископими линиями.

jvT iiüwi . 4t.

Директор Центра системных исследований и разработок - филиал АО тр РЭБ>

Ita цоцент

УТВКРЖДАЮ

A.A. Колкунов

А К I

реализации результата es диссертационной работы Щетинина Никиты Николаевичи «М и кфополос ков ы е направленные ответ аягепи с модифицированной топологией и диаграмм ообразующие схемы на и к основе»

Комиссия и составе: председателя - главного инженера ЦСИР к.т.н., доцента Булычева O.A., членов комиссии - вместите ля начальника отдела дт.н, Панычева С.Н, и ведущего научного сотрудника к.г.н,, доиента Юшннина С.Ю., составила настоящий акт о том, ЧТО результаты диссертационной работы Щетинина КН. реализованы при разработке дистаяционно-упраиляемых имитаторов специальных комплексов и средств для оснащения полигона войск радиоэлектронной борьбы " коде выполнения технического проекта пи ОКР «Полянка-РЭБ» (Государственный контракт от 31 мая 2017 г. №1719187343511452<167001782)), в части:

математических моделей в еиде электрических схем замещения микрополосковых двух шлей фных направленных ответвите лен на квазисосредоточеиных элементах и искусственных длинных линиях;

топологии трехдецнбельных микрополос ко вы х направленных ответвителей. в которых традиционные четвертьволновые отрезки линий замещаются квази сосредоточенными элементами в виде встречно-штыревых конденсаторов, меандровых линий и их смешанным соединением;

топологии днухшлейфвогО направленного очветвителя, реализующей дна тина направленности в нескольких смежных полосах частот, позволяющей значительно расширить область применения микроволновых устройств в УВЧ и СВЧ диапазонах.

Реализация указанных результатов позволила применить предложенные технические решения в качестве составных элементов при проектировании диаграммоойразующих схем фазированных антенным решеток.

Председатель комиссий:

Главный инженер ЦСИР к.т.н., доиент

Члены комиссии:

Заместитель начальника отдела д,т.н. Ведущий науч...... сотрудник к,т,н., допент

AKT

о внедрении результатов диссертации Щетинина Никиты Николаевича бМикропопосковые направленные ответвители с модифоцированноИ топологией и диагршмообраэующие cxcmej на их основе» я учебный процесс Ф1 ЮУ ВО "ВГТУ"

Результаты днссергацкоиной работы Щегнн г на Никиты Николаевича, преде tûbji си fi о й m;i сонсшне ученой степени канлнлапа тешчжих паук, выполненной в ФГБОУ ВО "1ÎI "ГУ" и |1амка* научною направления «I ¡ерспекгнвные раднозлектронные и лазерные устройства п системы передачи, приёме и обработан информации» и ГЕ НИР 2016.49 «Совершенствование радиотехнических средств приема и передачи сиГОйЛОБй, внедрены r учебный процесс ВГТУ па оси она] еии реи ген и я кафедры радиотехники от 11 марта 2014 г.. протокол №11.

1. Вил результатов, внедренных а учебный иронесс:

топология и математическая модель малогабаритного н вдфо п опое кового направленного ответеителя с квазнсоере доточенными емкостными элементами;

топология и математическая модель двухоолосного микрополоскового направленного огнетвителя с дпумя типами направлявности;

рекомендации rio уменьшению габаритных размерив шлейф! iw* направлении* отвствитслсй для димраымоо&рщующнх схем, расширению функциональных и частотных возможностей направленных ответвителей.

2. Область применения:

лабораторные работы и к;рсокое проектирование по дисциплине «Микроволновые устройства обработки сигналов» основной образовательной программы подготовки магистров то направлению i 1.04.0! «Радйоте\е ш к а »;

выпускная квалификационная работа по направлению подготовки бакалавров 11.03.01 «Радиотехника» и магистров 13.04,01 «Радиотехника».

3. Форш внедрении:

— лабораторные работы и курсовое проектирование;

— выпускная квалификационная работа-

4. Перечень используемых материалов:

— статьи, оцублютванные в журналах, рекоме вдо ванв ы к ВАК к публикации результатов кандидатских диссертаций: Радиотехника, 2016 (№6), Вестник BLTV. 2016 (№ 1), 2014 (№1, №4), 2012 (№10-2), 2011 (№10), Современная наука: актуальные проблемы теории н практики 20]6 (№ I). Теория и техника радиосвязи 201L №4), Вестник Воронежского института МВД России 2010 (-№ 4}. Вестник Воронежского института ФСИН России, 2018 (№ 3).

статья а рецензируемых журналах (Ради острое нве, 2017 (№5). Современные научные исследования н инновации, 2ÜI4 (№ 5-1), Вестник Воронежского института ФСИН России, 2013 (№ 2), 2014 (№ № 4)), доклады ни международных научно-техннчсских в научно-практических конференциях (международные НТК «Радиолокация, навита ц к*, связь», 20] 1, Воронеж; Всероссийский IIIIK' «Техника и безопасность объектов утоловно-нсподиительной системы», 2010, Воронеж; «Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС»у 2017. Воронеж: всеросси некая НТК «Антенны и распространение радиоволну 2018* Санкт-Петербург),

5. 'Эффект от внедрения:

повышение качества образования, заключающееся в развитии и формировании у студентов профессиональных компетенций в области:

анализа радиотехнических средств формирования, приема и обработки

сиг налов;

моделирования объектов и процессов с целью анализа и оптимизации их параметров е использованием оригинальных и стандартных программных средств; формирования рекомендаций но использованию результатов анализа.

Проректор по учебной работе

Заведующий кафедрой радиотехники tí. П. Матвеев *-f&' OS 2019 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Щетинина Никиты Николаевича па тему: «Микрополосковые направленные ответвители с модифицированной топологией и диаграммообразующие схемы на их основе» в учебный процесс кафедры основ радиотехники и электроники Воронежского института ФСИН России

Комиссия в составе председателя - начальника кафедры Андреева Р.П. и членов комиссии: профессора Кафедры Ирхина В.П.. доцента кафедры Чепелева М.Ю., преподавателя кафедры Бокадарова С.А., составили настоящий акт о том, что в учебном процессе кафедры основ радиотехники и электроники Воронежского института ФСИН России при изучении учебной Дисциплины «Устройства сверхвысоких частот и антенны» специальности 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы» использованы следующие результаты диссертационного исследования Щетинина H.H.

В курс лекций внесены разработанные Щетининым H.H. рекомендации по снижению габаритных размеров традиционных микрополосковых направленных двухшлейфных ответвите-леЛ за счёт совмещения высокоомных отрезков линий со встречно-штыревыми конденсаторами и отрезками искусственных длинных линии. а также по расширению функциональных возможностей ответвителей.

При проведении практических занятий используются математические модели для расчета направленных ответвитедвй с модифицированными оригинальными топологиями, основанные на схемах замещения с сосредоточенными элементами.

Председатель комнесш"

[ 1ачалышк кафедры

основ радиотехники и электроники

к.т.н., доцент, полковник внутренней службы

Р.Н. Андреев

Члены комиссии:

Профессор кафедры

основ радиотехники и электроники

д.т.н., доцент

B.I L Ирхин

Доцент кафедры

основ радиотехники и электроники к.т.н., полковник' внутренней службы

.VI. 10. Чепелев

Преподаватель кафе;ipы

основ радиотехники и электроники

к.т.п.. майор внутренней службы

С.А. Бокадаров