Микрополосковые узкополосные СВЧ фильтры с подавлением паразитных полос тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Колмакова, Ирина Владимировна

• Колмакова, Ирина Владимировна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Колмакова, Ирина Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПЛАНАРНЫЕ СВЧ ФИЛЬТРЫ

1.1. Особенности проектирования планарных фильтров

1.2. Методы анализа структур на связанных линиях передачи

1.2.1. Анализ ПП фильтра методом синфазно-противофазного возбуждения

1.2.2. Анализ ПП фильтра методом обобщенной модели связи

1.3. Методы подавления паразитных полос фильтра

1.3.1. Методы подавления паразитных полос

1.3.2. Методы сдвига полос пропускания фильтра в полосе частот

1.4. Свойства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и их применение для разработки СВЧ фильтров

1.4.1. Основные свойства высокотемпературных сверхпроводников

1.4.2. Применение СВЧ ВТСП фильтров

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПАРАЗИТНЫХ ПОЛОС ПРОПУСКАНИЯ ФИЛЬТРА

2.1. Проектирование фильтра с использованием классической полиномиальной аппроксимации

2.2. Подавление паразитных полос в структуре фильтра на связанных резонаторах при помощи метода емкостной компенсации

2.2.1. Анализ фильтра на связанных резонаторах-шпильках с использованием метода синфазно-противофазного возбуждения

2.2.2. Проектирование пары связанных резонаторов-шпилек методом обобщенной модели связи

2.2.3. Проектирование пары связанных резонаторов-шпилек с подавлением паразитных резонансов при использовании метода обощенной модели связи

2.2.4. Исследование и разработка фильтра 3-го порядка на резонаторах типа «шпилька»

с подавлением паразитной полосы пропускания методом емкостной компенсации

2.2.4.1. Разработка топологии фильтра на основе резонаторов типа «шпилька»

2.2.4.2. Реализация емкостных элементов

2.2.5. Электродинамическое моделирование фильтра с подавлением паразитной полосы пропускания

2.2.6. Экспериментальное исследование характеристик фильтра с подавлением паразитной полосы пропускания

2.3. Резонаторы и фильтры на линиях со встроенными емкостями

2.3.1. Резонаторы со скачком волнового сопротивления

2.3.2. Исследование резонатора и ПП фильтра 5-го порядка на линиях со встроенными емкостями

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ СДВИГА ПОЛОС ПРОПУСКАНИЯ В ПОЛОСЕ ЧАСТОТ

3.1. Метод сдвига полос пропускания фильтра при помощи частично удаленного слоя экрана

3.2. Исследование влияния размеров прямоугольной апертуры на характеристики пары связанных резонаторов

3.3. Исследование влияния формы апертуры

3.4. Широкополосный ПП фильтр с апертурой в экране

3.5. Узкополосные ПП фильтры с апертурой в экране

3.6. Основные свойства линий с положительной и отрицательной дисперсией

3.7. Исследование резонатора на отрезках линии передачи с положительной дисперсией

и искусственной линии передачи с отрицательной дисперсией

3.8. Применение линий с положительной и отрицательной дисперсией для сдвига паразитных полос пропускания

3.8.1. Проектирование микрополоскового резонатора на линиях с разными законами дисперсии

3.8.2. Анализ резонатора на линиях с положительной и отрицательной дисперсией методом синфазно-противофазного возбуждения

3.8.3. Разработка резонатора и ПП фильтра на линиях с положительной и отрицательной дисперсией

3.9. Выводы

ГЛАВА 4. УЗКОПОЛОСНЫЕ ВЫСОКОИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

4.1. Особенности проектирования планарных фильтров на ВТСП пленках

4.1.1. Модель поверхностного сопротивления ВТСП пленки

4.1.2 Исследование влияния параметров модели поверхностного сопротивления на характеристики резонатора

4.1.3. Извлечение параметров модели ВТСП пленки по результатам экспериментального исследования тестовой структуры

4.2. Исследование ПП фильтров 4-го порядка на основе ВТСП пленок с использованием различных технологий

4.2.1. Особенности технологии ВТСП пленок

4.2.2. Извлечение параметров YBCO пленок из экспериментальных характеристик ПП фильтров 4-го порядка

4.3. Исследование узкополосного высокоизбирательного ВТСП ПП фильтра

4.4. Узкополосные высокоизбирательные ВТСП полосно-заграждающие фильтры

4.4.1. Проектирование ПЗФ

4.4.2. Узкополосные ВТСП полосно-заграждающие фильтры для диапазона частот 3,7-4,2 ГГц

4.5. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микрополосковые узкополосные СВЧ фильтры с подавлением паразитных полос»

ВВЕДЕНИЕ

Широкое распространение наземных и спутниковых систем связи, работающих в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне частот, привело к повышению требований к характеристикам всех компонентов радиосистем, в том числе, и к полосовым фильтрам. Основные требования: малые габариты и вес, низкие потери в полосе и высокая избирательность. Уменьшение габаритов фильтра возможно при использовании планарной технологии. Наибольшее распространение в области СВЧ применений среди планарных линий получила микрополосковая линия передачи. Она проста в изготовлении, обладает малыми габаритами, имеет высокую надежность и сравнительно малые потери. Одним из недостатков структур на микрополосковых линиях передачи является наличие паразитных полос пропускания, которые ограничивают возможности применения фильтров. Существуют различные способы подавления паразитных полос, которые используются в зависимости от топологии фильтра и области применения. Все методы могут быть разделены на две группы - собственно методы подавления и методы частотного сдвига паразитных полос пропускания. В методах подавления в фильтр вводится некоторый элемент, который либо разрушает паразитный резонанс полностью, либо подавляет его до какого-то уровня (20-40 дБ). В методах смещения паразитные отклики смещаются вверх по частоте, расстояние между основным и паразитными резонансами увеличивается. Несмотря на разнообразие предложенных на сегодняшний день методов подавления, проблема проектирования фильтров без паразитных откликов с сохранением параметров частотной характеристики и размеров топологии фильтра, является актуальной задачей. Современные исследователи находятся в поисках новых форм резонаторов и их взаимного расположения на подложке, которые позволят увеличить компактность устройства. С появлением новых конфигураций фильтров возникает и проблема поиска эффективного метода подавления паразитных откликов.

В настоящее время в радиосвязи, радиолокации и устройствах

телекоммуникации широко применяются узкополосные устройства, что определяет востребованность узкополосных фильтров. Узкополосные сигналы применяются в системах с частотным разделением каналов при организации каналов связи в общедоступных частотных диапазонах. При частотном разделении каналов часто требуются узкополосные полосно-пропускающие фильтры (ППФ) с равным уровнем подавления по соседним каналам (симметричной передаточной характеристикой), из которых можно было бы сформировать блок разделения частотных каналов (мультиплексор).

Узкополосным фильтрам на отрезках планарных линий передачи разработчики долгое время уделяли мало внимания из-за значительно более низкой добротности таких резонаторов по сравнению с объемными резонаторами. Из-за этого было нецелесообразно применять планарные резонаторы при проектировании фильтров высокого порядка (более 8 порядка).

Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), появление технологии выращивания высококачественных ВТСП пленок привело к развитию планарных СВЧ устройств и особенно узкополосных ППФ высокого порядка. Стало возможным разрабатывать ППФ, состоящие из десятка резонаторов и более. Это привело к созданию фильтров с недостижимыми ранее параметрами, например, сверхузкополосных фильтров с относительной полосой пропускания менее 0,5% и потерями не более 0,5 дБ в полосе пропускания. Высококачественную пленку ВТСП материала получают на подложках диаметром не более 3 дюймов, а более распространенный диаметр подложек - 2 дюйма. В результате возникла новая область - проектирование сверхпроводниковых планарных полосовых фильтров с уникальными характеристиками.

Таким образом, две сформулированных проблемы - разработка сверхпроводниковых сверхузкополосных фильтров и разработка методов подавления паразитных полос пропускания - определяют актуальность данной работы.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов проектирования узкополосных планарных фильтров с подавлением паразитных полос пропускания.

Поставленная цель была достигнута решением следующих задач:

1) Исследование усовершенствованных конфигураций топологий фильтров, обеспечивающих подавление паразитных полос пропускания;

2) Исследование возможности применения искусственной линии передачи с отрицательной частотной дисперсией в составе фильтра для сдвига паразитной полосы пропускания;

3) Разработка итерационного метода синтеза фильтра высокого порядка;

4) Создание оригинальной конструкции двухполосного ГШ фильтра на микрополосковых и встречно-штыревых резонаторах;

5) Разработка узкополосных высокоизбирательных ВТСП фильтров с предельно низкими потерями в полосе пропускания.

Основные методы исследования: а) Теоретические: методы теории электрических цепей, численные методы электродинамического моделирования;

6) Экспериментальные: измерения амплитудно-частотных характеристик фильтра.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Для эффективного моделирования фильтра с подавлением паразитных откликов методом емкостной компенсации следует применять метод обобщенной модели связи, который позволяет учесть несоседние связи между резонаторами в фильтре и введенные дополнительные элементы для подавления паразитных полос пропускания.

2) Двухполосный полосно-пропускающий фильтр может быть выполнен на комбинации микрополосковых резонаторов и встречно-штыревых резонаторов, расположенных внутри «окна», находящегося в слое экрана микрополосковой структуры. При этом «окно» выполняет дополнительную функцию сдвига паразитной полосы пропускания.

3) Использование комбинации отрезков линий с положительной дисперсией и искусственной линии с отрицательной дисперсией при проектировании резонаторов позволяет создавать фильтры с частотным сдвигом паразитных полос пропускания.

4) Синтез фильтра высокого порядка на решетке связанных микрополосковых резонаторов может быть выполнен с применением итерационной процедуры: проектирование следует начинать с фильтра 4-го порядка и далее процедуру синтеза фильтра продолжить последовательным дополнением 2-х, 4-х, 6-и и т.д. резонаторов в центр структуры фильтра с сохранением расстояний между резонаторами.

Научная новизна работы

1) Предложены усовершенствованные конфигурации топологий фильтров, обеспечивающих подавление паразитных полос пропускания: фильтры со встроенными емкостями, фильтры с частично удаленным слоем экрана.

2) Продемонстрирована возможность реализации компактного двухполосного ППФ на микрополосковых и встречно-штыревых резонаторах.

3) Предложено использование линии с отрицательной частотной дисперсией в составе ППФ для обеспечения сдвига паразитной полосы пропускания.

4) Предложен итерационный метод синтеза фильтров высокого порядка на решетке связанных резонаторов.

5) Разработаны сверхузкополосные планарные полосовые фильтры высокого порядка с применением ВТСП.

Степень обоснованности и достоверности полученных результатов Полученные теоретические результаты не противоречат ранее полученным и описанным в литературе результатам. Результаты электродинамического моделирования и экспериментального исследования тестовых образцов подтверждают достоверность результатов, полученных теоретически.

Практическая значимость результатов работы 1) Предложенные методы подавления и сдвига паразитных полос пропускания существенно улучшают характеристики 1111 фильтров и обеспечивают их

востребованность в системах различного назначения.

2) Разработанные узкополосные планарные фильтры могут применяться в радиосвязи, радиолокации и устройствах телекоммуникации. Фильтры с подавлением паразитных полос пропускания могут найти применение в системах с частотным разделением каналов, например, в диплексерах и мультиплексерах. Сверхпроводниковые 1111 фильтры могут использоваться в радиоастрономии и метеорологии. Режекторные фильтры на пленках ВТСП могут найти применение в широкополосной радиолокации.

3) Разработанная итерационная методика синтеза ППФ высокого порядка сокращает время проектирования фильтров на решетке связанных резонаторов.

Реализация и внедрение результатов исследования

Полученные в рамках работы результаты могут быть использованы в современной радиоэлектронной промышленности. Узкополосные полосно-пропускающие и полосно-заграждающие ВТСП фильтры были разработаны в рамках совместной работы с корпорацией «Русский сверхпроводник». Апробация

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях.

Международные конференции: 11th International Student Seminar «Microwave Application of Novel Physical Phenomena» (Июнь 2004, Санкт-Петербург, Россия), 13th International Student Seminar «Microwave Applications of Novel Physical Phenomena» (Август 2006, Рованиеми, Финляндия), 36th European Microwave Conference (Октябрь 2006, Мюнхен, Германия), 40th European Microwave Conference (Сентябрь 2010, Париж, Франция), COMCAS (Ноябрь 2011, Телль Авив, Израиль). 15th International Symposium «Нанофизика и наноэлектроника» (Март 2011, Нижний Новгород, Россия).

Всероссийские конференции: Всероссийская конференция и научная школа молодых ученых «Новые материалы и нанотехнологии в электронике СВЧ»

(ноябрь 2010г., Санкт-Петербург, Россия), Всероссийская конференция «Микроэлектроника СВЧ» (июнь 2012 г., Санкт-Петербург, Россия). Прочие конференции и семинары: Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности северо-западного региона» (2004, Санкт-Петербург, Россия), Научно-технический семинар «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ» в рамках 58ой и 62ой научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского

государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (2005 и 2010гг., Санкт-Петербург, Россия), конференция «Прикладная сверхпроводимость» (2010 и 2011 гг., Москва, Россия).

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 17 статьях и докладах на конференциях разного уровня, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Доклады доложены и получили одобрение на 12 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях, перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 105 рисунков, 37 таблиц, 2 приложения и список литературы из 101 наименования.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Колмакова, Ирина Владимировна

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1) продемонстрировано эффективное использование метода обобщенной модели связи для анализа фильтров на решетке связанных линий передачи с целью учета элементов, введенных в топологию фильтра для обеспечения подавления паразитных полос и учета несоседних связей между резонаторами;

2) разработаны и экспериментально исследованы фильтры малого порядка с подавлением паразитных полос при помощи следующих методов: емкостной компенсации, использования резонаторов со скачком волнового сопротивления, использования частично удаленного слоя экрана в структуре микрополосковой линии, а также применения резонаторов на комбинации отрезков линий с положительной дисперсией и искусственной линии с отрицательной дисперсией;

3) разработан двухполосный ПП фильтр на комбинации микрополосковых и встречно-штыревых резонаторов с использованием единой диэлектрической подложки;

4) на комбинации линий с положительной и отрицательной частотной дисперсией разработан фильтр с уменьшенными габаритными размерами и с подавлением паразитной полосы пропускания;

5) предложен итерационный метод синтеза узкополосных фильтров высокого порядка на решетке связанных линий передачи;

6) разработаны уникальные узкополосные полосно-пропускающие и полосно-заграждающие планарные ВТСП - фильтры с высокой частотной избирательностью и предельно малыми потерями в полосе частот.

СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ

1] Колмакова, И. В. Микрополосковый фильтр без кратной паразитной полосы пропускания [Текст] / И. В. Колмакова // Политехнический симпозиум Молодые ученые - промышленности северо-западного региона, Санкт-Петербург, Россия. - 2004. - с. 44.

2] Kolmakova, Irina V. Microwave filter without spurious passband / Irina V. Kolmakova and Yaroslav Kolmakov [Text] // 11th International student seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, Saint-Petersburg, Russia. -2004. - pp. - 54-56.

3] Колмакова, И. В. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр без паразитной полосы пропускания / И. В. Колмакова, Я. А. Колмаков [Текст] // Известия Вузов России. Радиоэлектроника. - 2005. - № 1.-е. 71-74.

4] Колмакова, И. В. Разработка планарных фильтров с подавлением паразитных полос пропускания / И. В. Колмакова, Я. А. Колмаков // 58 научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета, Санкт-Петербург, Россия. - 2005.

5] Kolmakova, I. V. Microwave Devices Based On Transmission Lines with Positive/Negative Dispersion (СВЧ устройства на основе линий передач с положительной/отрицательной дисперсией) [Text] /1. В. Vendik, D. V. Kholodnyak, I. V. Kolmakova, E. V. Serebryakova, and P. V. Kapitanova // Microwave and Optical Technology Letters. - 2006. - vol. 48. - № 12. - pp. 2632-2638.

6] Kolmakova, I. V. Microwave filter without spurious passband (СВЧ фильтр без паразитной полосы) [Text] / I. V. Kolmakova // 13th International student seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, Rovaniemi, Finland. -2006. - pp. 54-56.

7] Vendik, I. B. Applications of right/left handed and resonant left handed transmission lines for microwave circuit design (Применение левых/правых и резонансых линий передач для проектирования СВЧ устройств) [Text] / I. В. Vendik, D. V. Kholodnyak, I. V. Kolmakova, E. V. Serbryakova, P. V. Kapitanova,

F. Martin, J. Bonache, J. Garcia, I. Gil, and M. Gil // Proc. of 36-th European Microwave Conf., Manchester, UK. - 2006. - pp. 955-958.

8] Колмакова, И. В. Применение линий передачи с отрицательной и положительной дисперсиями для разработки планарных резонаторов и фильтров СВЧ с подавлением паразитных полос пропускания [Текст] / И. Б. Вендик, И. В. Колмакова, П. В. Капитанова // Известия Вузов России. Радиоэлектроника. - 2007. - № 6. - с. 57-61.

9] Колмакова, И. В. Узкополосные полосно-пропускающие СВЧ-фильтры на пленках высокотемпературного сверхпроводника [Текст] / И. В. Колмакова, М. Ф. Ситникова, П. А. Туральчук, А. К. Никитин, Д. В. Холодняк // Тезисы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. -2010.-е. 16.

10] Колмакова, И. В. Моделирование и экспериментальное исследование микрополосковых резонаторов и фильтра на основе высокотемпературного сверхпроводника [Текст] / М. Ф. Ситникова, И. Б. Вендик, О. Г. Вендик, Д. В. Холодняк, П. А. Туральчук, И. В. Колмакова, П. Ю. Белявский, А. А. Семенов [Текст] // Письма в журнал технической физики. - 2010. - т. 36. - вып. 18.-е. 6774.

11] Колмакова, И. В. Особенности технологии пленок высокотемпературных сверхпроводников для СВЧ фильтров [Текст] / И. Б. Вендик, О. Г. Вендик, К. Н. Земляков, И. В. Колмакова, М. Ф. Ситникова, П. А. Туральчук, Д. В. Мастеров, С. А. Павлов и А. Е. Парафин // Письма в журнал технической физики. - 2011. - т. 37. - вып. -9.-е. 64-69.

12] Turalchuk, P. Trimmingless Design of Miniature High-Tc Superconducting Filters (Миниатюрные ВТСП - фильтры с улучшенными характеристиками) [Text] / P. Turalchuk, I. Kolmakova, D. Kholodnyak, M. Sitnikova, O. Vendik, I. Vendik // 40th European Microwave Conference (EUMC), Paris, France. - 2010. - September 2830.

13] Туральчук, П. А. Полосовые СВЧ-фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках [Текст] / И. В. Колмакова, П. А. Туральчук, К. Н. Земляков, С.

А. Павлов, Д. В. Мастеров и А. Е. Парафин // Российская конференция «Новые материалы и нанотехнологии в электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. -2010.-ноябрь 18-20.

14] Мастеров, Д. В. Полосовые СВЧ-фильтры на пленках высокотемпературного сверхпроводника YBCO [Текст] / Д. В. Мастеров, С. А. Павлов, А. Е. Парафин, И. В. Колмакова, К. Н. Земляков, П. А. Туральчук // Материалы XV Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия. - 2011. - с. 294-295.

15] Колмакова, И. В. Узкополосные высокоизбирательные фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках [Текст] / И. В. Колмакова, К. Н. Земляков, П. А. Туральчук, Д. В. Холодняк, С. А. Павлов, Д. В. Мастеров, А. Е. Парафин // Тезисы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. - 2011 - с. 24-25.

16] Vendik, I. В. Accurate design of trimmingless high-temperature superconducting filters (Проектирование высокотемпературных сверхпроводниковых фильтров с улучшенными характеристиками без подстройки после изготовления) [Text] / I. В. Vendik, О. G. Vendik, P. A. Turalchuk, I. V. Kolmakova, К. N. Zemlyakov, D. V. Kholodnyak, M. F. Sitnikova, V. В. Khaikin, // COMCAS,Tel Aviv, Israel. - 2011. - November 7-9.

17] Колмакова, И. В. Планарные полосно-пропускающие фильтры без паразитных полос пропускания [Текст] / Колмакова И. В., Вендик И. Б. // Всероссийская конференция «Микроэлектроника СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. - 2012. - Июнь 4-7.

138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Колмакова, Ирина Владимировна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Mattei, G. L. Microwave Filters, Impedance Matching Networks and Coupling Structures / G. L. Mattei, L. Young and E. M. T. Jones. - North Bergen: Artech House, 1985. - 83 p.

[2] Вендик, И. Б. Микроэлектроника СВЧ. Линии передачи и линейные многополюсники СВЧ / И. Б. Вендик, Д. В. Холодняк // Учебное пособие, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2001. - с. 32.

[3] Cameron, R. J. General coupling matrix synthesis methods for Chebyshev filtering functions / R. J. Cameron // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1999. -vol.47, -pp. 433-442.

[4] Swanson, Daniel G. A Novel Method for Modeling Coupling Between Several Microstrip Lines in MICs and MMICs / Daniel G. Swanson // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1991. - vol. 39. - № 6. - pp. 917-923.

[5] Zysman, G. Coupled transmission line networks in an inhomogeneous dielectric medium / G. Zysman and A. Johnson // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1969. - vol. 17. - № 6. - pp. 753-759.

[6] Сазонов, Д. M. Устройства СВЧ / Д. М. Сазонов, А. Н. Гридин, Б. А. Мишустин. - Москва: Высшая школа, 1981. - с. 56.

[7] Сазонов, Д. М. Устройства СВЧ / Д. М. Сазонов, А. Н. Гридин, Б. А. Мишустин. - Москва: Высшая школа, 1981. - с. 124.

[8] Kio, J. Т. Design of parallel coupled microstrip filters with suppression of spurious resonances using substrate suspension / J. T. Kio, M. Jiang, and H. J. Chang // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2004. - vol. 52. - № 1. - pp. 83-89.

[9] Kio, J. T. Parallel coupled microstrip filters with suppression of harmonic response / J. T. Kio, W. H. Hsu, and W. T. Huang // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. - 2002. - vol. 12. - № 10. - pp. 383-385.

[10] Microstrip bandpass filter at S-band using capacitive coupled resonator/ J. S. Mandeep // Microwave Journal. - 2007.

[11] Bahl, I. J. Capacitively Compensated High Performance Parallel Coupled Microstrip Filters /1. J. Bahl // MTTS Digest - 1989. - pp. 679-682.

[12] Kuo, Jen-Tsai Enhanced Microstrip Filter With a Uniform Dielectric Overlay for Suppressing the Second Harmonic Response / Jen-Tsai Kuo, Meshon Jiang // IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. - 2004. - vol. 14. - № 9. - pp. 419-421.

[13] Hong, J. S. Couplings of microstrip square openloop resonators for cross-coupled planar microwave filters / J. S. Hong, M. J. Lancaster // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1996. - vol. 44. - № 11. - pp. 2099-2109.

[14] Gupta, K. C. Microstrip Lines and Slotlines / K. C. Gupta, R. Garq and I. J. Bahl. - Artech Houset, 1979. - Chapter 8.

[15] Chiou Yi-Chyun Broadband quasi-chebyshev bandpass filters with multimode stepped-impedance resonators (SIRs) / Yi-Chyun Chiou, Jen-Tsai Kuo, and Eisenhower Cheng // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2006. - vol. 54. - № 8. -pp. 3352-3358.

[16] Huang C.-Y. A high band isolation and wide stopband diplexer using dualmode stepped impedance resonators / C.-Y. Huang // PIER. - 2010. - pp. 299-308.

[17] Kuo-Sheng Compact Dual-Band Bandstop Filters Using Stepped-Impedance Resonators / Kuo-Sheng, Jun -Hong Yeh and Shun-Han Chao // IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. - 2007. - vol. 17. - № 12. - pp. 849-851.

[18] Kim Kwon Fractal-Shaped Microstrip Coupled-Line Bandpass Filters for Suppression of Second Harmonic / Kwon Kim, Nicolas Kingsley, Matt Morton // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2005. - vol. 53. - № 9. - pp. 2943-2947.

[19] Sheta, A. F. Miniature microstrip stepped impedance resonator bandpass filters and diplexers for mobile communications / A. F. Sheta, J. P. Coupez, G. Tanne and S. Toutain, J. P. Blot // MTTS Digest - 1996. - vol. 3 - pp. 608-610.

[20] Kuo, Jen-Tsai Microstrip Stepped Impedance Resonator Bandpass Filter With an Extended Optimal Rejection Bandwidth / Jen-Tsai Kuo, Eric Shih // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2003. - vol. 51. - pp. 1554-1559.

[21] Mokhtaari, Marjan Dual-band stepped-impedance filters for ultra-wideband applications/ Marjan Mokhtaari, Jens Bornemann and Smain Amari // Proc. 37th European Microwave Conf., Munich, Germany. - 2007. - pp. 779-782.

[22] Kim, B. S. An implementation of harmonic-suppression microstrip filters with periodic grooves / B. S. Kim, J. W. Lee and M. S. Song // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. - 2004. - vol. 14. - № 9. - pp. 413-415.

[23] Lopetegi, T. New Microstrip "Wiggly-Line" Filters With Spurious Passband Suppression / T. Lopetegi, M. A.G. Laso, J. Hernandez, M. Bacaicoa, D. Benito, M. J. Garde, M. Sorolla, M. Guglielmi // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2001. -vol. 49. - № 9. _ pp. 1593-1597.

[24] Tu, W.-H. Compact microstrip bandstop filter using open stub and spurline / W.-H. Tu, and K. Chang // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. - 2005. - vol. 15.-pp. 268-270.

[25] He, A novel low-pass filter with an embedded band-stop structure for improved stop-band characteristics / Q. He and C. Liu // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. - 2009. - vol. 19. - № 10. - pp. 629-631.

[26] Cupta, O. P. Design tables for a class of optimum microwave bandstop filters / O. P. Cupta, R. J. Menzel // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1970. - vol. 18. - pp. 402-404.

[27] Kolmakov, Ya. A. Quasi-elliptic two pole microstrip filters / Ya. A. Kolmakov // 15th International conference on microwaves, radar and wireless communications (MICON), Warsaw, Poland. - 2004. - pp. 159-161.

[28] Garcia- Garcia, Joan Spurious Passband Suppression in Microstrip Coupled Line Band Pass Filters by Means of Split Ring Resonators / Joan Garcia- Garcia, Ferran Martin, Francisco Falcone, Jordi Bonache, I. Gil, Txema Lopetegi, Miguel A. G. Laso, Mario Sorolla and Ricardo Marques // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. -2004. - vol. 14. - № 9. - pp. 416-418.

[29] Бабушкина, О. А. Новые конструкции полосно-запирающих фильтров для СВЧ радиотрактов / Бабушкина О. А., Головков А. А., Пивоваров И. Ю. // СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии: Труды 19-ой

[38] B. Ghahremani, The design of a novel Compact CRLH bandpass filter with harmonics suppression / B. Ghahremani and M. Kamyab // Progress In Electromagnetics Research C. - 2010. - vol. 16. - pp. 99-110.

[39] Kapitanova, P. Right- and left-handed transmission line resonators and filters for dual-band applications / P. Kapitanova, D. Kholodnyak, S. Humbla, R. Perrone, J. Miiller, M.A. Hein, and I. Vendik // Microwave and Optical Tech. Lett. - 2009. - vol. 51. - № 3. - pp. 629-633.

[40] Velazquez-Ahumada, M. C. Parallel coupled microstrip filters with ground-plane aperture for spurious band suppression and enhanced coupling / M. C. Velazquez-Ahumada, J. Martel, and F. Medina // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2004. -vol. 52.-№3.-pp. 1082-1086.

[41] Abdel-Rahman, A. Compact Bandpass Filters Using Defected Ground Structure (DGS) Coupled Resonators / A. Abdel-Rahman, A. R. Ali, S. Amari and A. S. Omar // MTTS Digest, Long Beach, USA. - 2005. - June 12-17.

[42] Militaru, N. Broadband Planar Filters with Enhanced Couplings Using Defected Ground Structures / N. Militaru, M. G. Banciu, G. Lojewski // International Semiconductor Conference, Bucharest, Romania. - 2006. - pp. 363-366.

[43] Shobeyri M. Compact ultra-wideband bandpass filter with defected ground structure / M. Shobeyri and M. H. Vadjed Samiei // Progress In Electromagnetics Research Letters. - 2008. - vol. 4. - pp. 25-31.

[44] Jaldi, Maryam Characteristics of a Novel Slow-Wave Defected Ground Structure for Planar Wideband Filters / Maryam Jaldi and Majid Tayarani // International Conference on Information and Electronics Engineering (IPCSIT), Singapore, Singapore. - 2011. - vol. 6. - pp. 135-139.

[45] Park, Jun-Seok A Design of the Novel Coupled-Line Bandpass Filter Using Defected Ground Structure With Wide Stopband Performance / Jun-Seok Park, Jun-Sik Yun, and Dal Ahn // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2002. - vol. 50. - № 9. -pp. 2037-2041.

[46] He, Q. A novel low-pass filter with an embedded band-stop structure for improved stop-band characteristics / Q. He and C. Liu // IEEE Microwave and Wireless Сотр. Lett. - 2009. - vol. 19. - № 10. - pp. 629-631.

[47] Гинзбург, В. JI. Сверхпроводимость / В. Л. Гинзбург, Е. А. Андрюшин.

- Москва: Альфа-М, 2006.

[48] Radebaugh, R. Refrigeration for superconductors / Radebaugh, R. // Proc. of the IEEE. - 2004. - vol. 92, N. 10. - pp. 1719-1734.

[49] Vendik, Irina High temperature superconductor devices for microwave signal processing / Irina Vendik, Orest Vendik. - Saint-Petersburg: TOO Складень, 1997.-Part 1.

[50] Микроволновые устройства на основе высокотемпературных сверхпроводников и сегнетоэлектриков с электронным управлением и расширенными функциональными возможностями для применения в телекоммуникационных и информационных системах: отчет о НИР / Вендик И. Б.

- Санкт-Петербург, 2012.

[51] Tsuzuki, G. Ultra selective 22-pole, 10-transmission zero superconducting bandpass filter surpasses 50-pole Chebyshev filter / G. Tsuzuki, Ye S. Berkowitz // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2002. - vol. 50. - № 12. - pp. 2924-2929.

[52] Superconducting bandpass filter surpasses 50-pole Chebyshev rejection // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2002. - vol. 50. - №12. - pp. 2924-2929.

[53] Zhang G. A superconducting microstrip bandstop filter for an L-band radio telescope receiver / G. Zhang, M. J. Lancaster, F. Huang, N. Roddis // Proc. 35th European Microwave Conf., Paris, France. - 2005. - pp. 697-700.

[54] Li, C. A high-performance ultra-narrow bandpass HTS filter and its application in a wind-profiler radar system / C. Li, Q. Zhang, Q. Meng et al. // Supercond. Sci. Technol. - 2006. - vol. 19. - pp. 398-402.

[55] Zhang, Q. A HTS bandpass filter for a meteorological radar system and its field tests / Q. Zhang, C. Li, Y. Wang et al. // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2007. -vol. 17. - №2. - pp. 922-925.

[56] Li, Y. Superconducting microstrip wide band filter for radio astronomy / Y. Li, M. J. Lancaster, F. Huang, N. Roddis // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. -

2003.-vol. l.-pp. 551-554.

[57] Капитанова, П. В. Миниатюрные СВЧ устройства с расширенными функциональными возможностями с применением многослойной керамической технологии: диссертация на соискание степени кандидата технических найк. 05.12.07 / Капитанова Полина Вячеславовна. - Санкт-Петербург, 2011.

[58] Bhal, Inder Lumped elements for RF and microwave circuits / Inder Bhal. -Boston: Artech House. - 2003. - p. 354.

[59] Repel перекрестные связи

[60] Hong J.-S. Microstrip Filters For RF/Microwave Applications / J.-S. Hong and M. J. Lancaster. - Artech House. - 2001.

[61] Mongia, Rajesh RF and Microwave Coupled -Line Circuits / Rajesh Mongia, Prakash Bhartia, Inder J. Bhal. - Boston: Artech House. - 1999.

[62] Hammerstad, E. O. Accurate models for microstrip computer-aided design / E. O. Hammerstad, O. Jensen // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. - 1980. - pp. 407-409.

[63] Альтман, Дж. Устройства СВЧ / Дж. Альтман. - Москва: Мир. - 1968.

[64] Hong J.-S. Microstrip Filters For RF/Microwave Applications / J.-S. Hong and M. J. Lancaster. - New York: Artech House. - 2001. - p. 131.

[65] Hong J.-S. Microstrip Filters For RF/Microwave Applications / J.-S. Hong and M. J. Lancaster. - New York: Artech House. - 2001. - p. 124.

[66] Колмакова, И. В. Микрополосковый фильтр без кратной паразитной полосы пропускания / И. В. Колмакова // Политехнический симпозиум Молодые ученые - промышленности северо-западного региона, Санкт-Петербург, Россия. -

2004. - с. 44.

[67] Kolmakova, Irina V. Microwave filter without spurious passband / Irina V. Kolmakova and Yaroslav Kolmakov // 11th International student seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, Saint-Petersburg, Russia. -2004. - pp. 54-56.

[68] Колмакова, И. В. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр без паразитной полосы пропускания / И. В. Колмакова, Я. А. Колмаков // Известия России: Радиоэлектроника. - 2005. - Вып. 1.-е. 71-74.

[69] Вендик, И. Б. Микроэлектроника СВЧ. Линии передачи и линейные многополюсники СВЧ / И. Б. Вендик, Д. В. Холодняк // Учебное пособие, Санкт-Петербург: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2001. - с. 20.

[70] Колмакова, И. В. Разработка планарных фильтров с подавлением паразитных полос пропускания / И. В. Колмакова, Я. А. Колмаков // 58 научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета, Санкт-Петербург, Россия. - 2005.

[71] Колмакова, И. В. Планарные полосно-пропускающие фильтры без паразитных полос пропускания / И. В. Колмакова, И. Б. Вендик // Всероссийская конференция «Микроэлектроника» СВЧ, Санкт-Петербург, Россия. - 2012. - 4-7 Июня.

[72] Caloz, С. Electromagnetic Metamaterials: transmission line theory and microwave applications / C. Caloz and T. Itoh // Wiley. - 2006.

[73] Caloz, C. Electromagnetic Metamaterials: Transmission line Theory and Microwave Applications / C. Caloz and T. Itoh. - New Jersey: Wiley. - 2006. - p. 352.

[74] Бриллюэн, Л. Распространение волн в периодических структурах / Л. Бриллюэн, М. Пародии. - Москва: Иностранная литература. - 1959. [Brillouin L., Parodi M. Propagation des Ondes dans les Milieux Périodiques. Paris: Masson et cie éditeurs, Dunod éditeurs, 1956.].

[75] Pozar, D. M. Microwave Engineering / D. M. Pozar. - New Jersey: Wiley. -2004. - p. 720.

[76] Zubko, S. P. Electronically controllable phase shifters based on transmission lines with negative dispersion / S. P. Zubko, D. V. Kholodnyak, I. V. Kolmakova, I. A. Kolmakov, E. V. Serebryakova, A. A. Lapshine, O. G. Vendik, I. B. Vendik // International society for optical engineering (SPIE), Warsaw, Poland. - 2005. -August 30-31.

[77] Antoniades, M. A. Compact linear lead/lag metamaterial phase shifters for broadband applications / M. A. Antoniades and G. V. Eleftheriades // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. - 2003. - vol. 2. - pp. 103-106.

[78] Piatnitsa, V. Right/Left-Handed Transmission Line LTCC Directional Couplers / V. Piatnitsa, D. Kholodnyak, P. Kapitanova, I. Fischuk, T. Tick, J. Jantti,

H. Jantunen, and I Vendik // Proc. of 37th European Microwave Conf. - 2007. - pp. 636-639.

[79] Wang, Y. Tunable Asymmetric Composite Right-/Left -Handed Transmission Line Directional Coupler Controlled by Applied Voltage / Y. Wang, Y. Zhang, L. He, F. Liu, H. Li, H. Chen // Proc. of Asia-Pacific Microwave Conf., Suzhou, China. - 2005. - December 4-7.

[80] Grbic A. Experimental verification of backward-wave radiation from a negative refractive index metamaterial / A. Grbic and G. V. Eleftheriades // Jourmal of Applied Physics. -2003. - vol. 92, № 10. - pp. 5930-5935.

[81] Kolmakova, I. V. Microwave filter without spurious passband / I. V. Kolmakova // 13th International student seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, Rovaniemi, Finland. - 2006. - pp. 54-56.

[82] Kholodnyak, D. Application of sandwich multilayer technology to MICs design / D. Kholodnyak, A. Simin, P. Kapitanova, and I. Vendik // Proc. of 35th European Microwave Conf., Paris, France. - 2005. - pp. 389-392.

[83] Vendik, I. B. Applications of right/left handed and resonant left handed transmission lines for microwave circuit design / I. B. Vendik, D. V. Kholodnyak, I. V. Kolmakova, E. V. Serbryakova, P. V. Kapitanova, F. Martin, J. Bonache, J. Garcia,

I. Gil, and M. Gil // Proc. of 36-th European Microwave Conf., Manchester, UK. -2006. - pp. 955-958.

[84] Vendik, I. B. Microwave Devices Based On Transmission Lines with Positive/Negative Dispersion /1. B. Vendik, D. V. Kholodnyak, I. V. Kolmakova, E. V. Serebryakova, and P. V. Kapitanova // Microwave and Optical Technology Letters. -2006. - vol. 48. - №12. - pp. 2632-2638.

[85] Vendik, О. G. Empirical model of the microwave properties of high-temperature superconductors / O. G. Vendik, I. B. Vendik, D. I. Kaparkov // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 1998. - vol. 46. - № 5. - pp. 469-478.

[86] Vendik, I. Phenomenological model of the microwave surface impedance of high-Tc superconducting films /1. Vendik // Supercond. Sci. Technol. - 2000. - vol. 13.-pp. 974-982.

[87] Vendik, I. B. Phenomenological model of the microwave surface impedance of high-Tc superconducting films / I. B. Vendik // IEEE Trans. Applied Supercond. -2001.-vol. 11. -№1. - pp. 3545-3548.

[88] Vendik, O. G. Design of trimmingless narrowband planar HTS filters / O. G. Vendik, I. B. Vendik, A. N. Deleniv, M. S. Gashinova, A. V. Lapshin, and D. V. Kholodniak // J. Superconductivity. - 2001. - vol. 14. - №1. - pp. 23-30.

[89] Ситникова, M. Ф. Моделирование и экспериментальное исследование микрополосковых резонаторов и фильтра на основе высокотемпературного сверхпроводника / М. Ф. Ситникова, И. Б. Вендик, О. Г. Вендик, Д. В. Холодняк, П. А. Туральчук, И. В. Колмакова, П. Ю. Белявский, А. А. Семенов // Письма в ЖТФ. - 2010. - т. 36. - вып. 18. - с. 67 - 74.

[90] Колмакова, И. В Узкополосные полосно-пропускающие СВЧ-фильтры на пленках высокотемпературного сверхпроводника / И. В. Колмакова, М. Ф. Ситникова, П. А. Туральчук, А. К. Никитин, Д. В. Холодняк // Тезисы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. - 2010. - р. 16.

[91] Юдин, П. Н. Извлечение параметров модели поверхностного импеданса высокотемпературного сверхпроводника из экспериментальных характеристик микрополоскового резонатора / П. Н. Юдин, И. Б. Вендик // Письма в ЖТФ. -2003. - том 29. - вып. 10. - с. 62-69.

[92] Prusseit, W. Method of HTS deposition: Thermal evaporation in the Book: "Second-Generation HTS conductors" / W. Prusseit. - Springer. - 2005. - Chapter 6. -pp. 81-96.

[93] Мастеров, Д. В. Получение тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника Y-Ba-Cu-О для высокочастотных применений в упрощенной магнетронной системе напыления / Д. В. Мастеров, С. А. Павлов, А. Е. Парафин, Ю. Н. Дроздов // ЖТФ. -2007. - том 77. - вып. 10. - с. 103-107.

[94] Востоков, Н. В. Осаждение YBaCuO пленок на обе стороны подложки методом магнетронного напыления / Н. В. Востоков, Ю. Н. Дроздов, Д. В. Мастеров, С. А. Павлов, А. Е. Парафин // Письма в ЖТФ. -2010. - том 36. - вып. 18.-с. 60-66.

[95] Колмакова, И. В. СВЧ-фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках / И. В. Колмакова, П. А. Туральчук, К. Н. Земляков, С. А. Павлов, Д. В. Мастеров и А. Е. Парафин // Письма в ЖТФ. - 2011. - т. 37. - вып. -9. - с. 64-69.

[96] Колмакова, И. В. Полосовые СВЧ-фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках / И. В. Колмакова, П. А.Туральчук, К. Н. Земляков, С. А. Павлов, Д. В. Мастеров и А. Е. Парафин // Российская конференция «Новые материалы и нанотехнологии в электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. -2010, ноябрь 18-20.

[97] Мастеров, Д. В. Полосовые СВЧ-фильтры на пленках высокотемпературного сверхпроводника YBCO / Д. В. Мастеров, С. А. Павлов, А. Е. Парафин, И. В. Колмакова, К. Н. Земляков, П. А. Туральчук // Материалы XV Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия. - 2011. - с. 294-295.

[98] Turalchuk, P. Trimmingless Design of Miniature High-Tc Superconducting Filters / P. Turalchuk, I. Kolmakova, D. Kholodnyak, M. Sitnikova, O. Vendik, I. Vendik // 40th European Microwave Conference (EUMC), Paris, France. -2010. -September 28-30.

[99] Vendik, I. B. Accurate design of trimmingless high-temperature superconducting filters / I. B. Vendik, O. G. Vendik, P. A. Turalchuk, I. V. Kolmakova, K. N. Zemlyakov, Kholodnyak, D. V. Sitnikova, M. F. Khaikin, V. B. // COMCAS,Tel Aviv, Israel. - 2010. - November 7-9.

[100] Колмакова, И. В. Узкополосные высокоизбирательные фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках/ И. В. Колмакова, К. Н. Земляков, П. А. Туральчук, Д. В. Холодняк, С. А. Павлов, Д. В. Мастеров, А. Е. Парафин // Тезисы научно-технического семинара «Инновационные разработки в технике и электронике СВЧ», Санкт-Петербург, Россия. - 2011. - с. 24-25.

[101] Туральчук, П. А. Полосно-пропускающие СВЧ-фильтры на высокотемпературных сверхпроводниках/ П. А. Туральчук, М. Ф. Ситникова, Д. В. Холодняк, И. В. Колмакова, А. К. Никитин, О. Г. Вендик, И. Б. Вендик // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2010.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СВЯЗАННЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Перед тем как воспользоваться тем или иным методом анализа фильтра, требуется определить параметры связанных микрополосковых линий передачи, используемых в резонаторах. Структура связанных линий представлена на рис. 1 с характерными размерами: ш, в, Ь и ^ Уравнения для расчета параметров микрополосковых линий передач предложены многими авторами (ВЬа1 и Mongia

Рисунок 1 - Связанные микрополосковые линии передачи: h - толщина подложки, w, s — ширина линий и зазор между ними, t - толщина линий передачи.

[61], авторами Hammerstand и Jenson [62]). В диссертационной работе используется расчет в квазистатическом приближении без учета дисперсии. Эффективная диэлектрическая проницаемость для связанных МПЛ в случае четной моды [61]:

h

к

[ 10

(1-1)

(1.2)

In --- Г / / \\3

+ 0,432 /п1 ГЖП

(1.3)

+

49

18,7

ч 0,053

(1.4)

где g(s)=s/h, U=w/h.

Для нечетной моды эффективная диэлектрическая проницаемость связанных МПЛ передачи определяется выражением [61]:

его^) = [0.5-(ег+1) + ао-еге0]^"С0 +е,е0 (1.5)

где 8гео - эффективная диэлектрическая проницаемость одиночной микрополосковой линии:

_ег +1 ег-1

/

1 + Н

V и,

А = \+—1п 49

и4 +

ч52у

и + 0,432

+ -

18,7

• 1п

1 +

/- и лЗ

О 8,1 у

В = 0,564 •

Ч-0,9^0'053

е +3

V г г у

(1-6)

(1.7)

(1.8)

= 0,7287 • [еге0 -0,5 • (гг + !)]• (1 - е-0'179' 0,747 ег

и

Ь0 =

(1.9) (1.Ю)

0,15 + ег с0=Ьо-(Ьо- 0,207). с!0 =0,593 + 0,694 .е-°'562 и

Постоянные распространения, соответствующие нечетной (1.13) и четной модам (1.14):

(1.11) (1.12)

Ре (<».*)=

СО

^гМ

л/ёгЛЛ

(О

(1.13)

(1.14)

Электрические длины, соответствующие нечетной (1.15) и четной (1.16) модам:

ео(см) = ро(аи)-/, (1.15)

0е(а),5) = (Зе(со,5)/. (1.16)

Характеристический импеданс связанных микрополосковых линий передачи для четной моды:

Еге О

оо •■

1-

(1.17)

где Ъ^ - характеристический импеданс одиночной линии передачи:

7 60 , ¿00 = ■-•1п

л1£ге 0

— + Л + и

'2

0,7528

(1.18)

( 30,666^1 / = 6 + (2к-б)-е V и )

б, =0,8695 ^°'194

02 (5) = 1 + 0,7519-^) + 0,189 • ¿(я)2'31

23( з) = 0,1975 +

16,6 +

-0,387

+--1п

241

Ж)

10

1 +

3.4 )

10

(1.19)

(1.20) (1.21)

(1.22)

62 (■*)

(1.23)

Характеристический импеданс связанных МПЛ передачи для нечетной моды:

еге0

00

<25 = 1,794 + 1,14 1п

1+-

0,638

2,43

(1.24)

(1.25)

26 (5) = 0,2305 +

281,3

10+190^(5)2

1+82,3^)3

1п(] + 0,598 -¿(а)1'154 5,1

(1.26) (1.27)

/

-6,5-0,95 ln{g{s))~

Q%{s) = e

/

Qg{s)-ln{Q7 (j))- ß8W +

'MX

.0,15 J

öio(s) = ö4(s)-

05¿1

ß2W

16,5;

ln(u)-Q6(s)

U

09 (0

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. КРИОГЕННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВТСП ФИЛЬТРОВ

Для получения требуемых характеристик сверхпроводниковое СВЧ-устройство должно находиться в сверхпроводящем состоянии, т.е. температура устройства должна быть ниже критической температуры сверхпроводника. Для обеспечения стабильной работы устройство помещают в специальную рабочую камеру - криостат, охлаждаемый с помощью специальной криогенной машины -криокулера. Теплоизоляция рабочего объема от окружающей среды с комнатной температурой достигается путем создания высокого вакуума.

Планарные СВЧ-устройства на пленках высокотемпературного сверхпроводника YBCO устойчиво функционируют при температуре 40-65 К и занимают небольшой объем. Поэтому для их охлаждения наиболее целесообразным является использование малогабаритных криокулеров небольшой мощности. Горячие тепловые потоки инициируются наружными стенками камеры, СВЧ-вводами и прочими разъемами. Для уменьшения влияния этих потоков используются тепловые экраны и/или полировка внутренних поверхностей камеры. СВЧ-вводы и прочие разъемы должны быть изготовлены из материалов с низкой теплопроводностью. В процессе работы СВЧ-устройств, находящихся в рабочем объеме, в них также выделяется тепло за счет протекания токов. Постоянный приток тепла требует периодического включения криогенной машины для стабилизации рабочей температуры. В то же время из-за неидеальной герметичности соединений и разъемов имеет место медленное постоянное натекание в рабочую камеру атомов и молекул газов, содержащихся в окружающей среде. Для предотвращения ухудшения теплоизоляции и обмерзания содержимого рабочей камеры, которое может вывести изделие из строя, требуется периодическая откачка с помощью форвакуумного насоса, поглощающего остаточные газы.

Таким образом, для создания и поддержания рабочих условий (температура, вакуум) необходим модуль, который помимо собственно полосно-пропускающего фильтра и МШУ, включает: рабочую вакуумную камеру-криостат, малогабаритную криогенную машину замкнутого цикла, откачную систему и

необходимые источники питания. Функциональная блок-схема изделия показана на Рис. 2.1.

Рабочая вакуумная камера-криостат должна быть герметичной, иметь фланцы для сопряжения с криогенной машиной, ввод для подключения насоса, СВЧ-вводы для подключения ВТСП-устройств к внешним цепям и электрический разъем для подачи управляющих сигналов.

СВЧ-вход/выход

Рисунок 2.1 - Функциональная блок-схема криогенного СВЧ-модуля.

На Рис. 2.2 показано внутреннее устройство рабочей камеры (колпак снят). Представлена конструкция держателя с установленным фильтром в корпусе. Держатель фильтров (2) выполняется в виде куба, на каждую из боковых сторон которого может устанавливаться корпус с фильтром. Держатель имеет цилиндрическую полость, соответствующую по размерам холодному пальцу криогенной машины. Благодаря высоким теплопроводящим свойствам латуни, из которой изготовлен держатель, холодный поток от машины через палец и держатель поступает на корпус фильтра, а затем непосредственно на ВТСП-пленку, осуществляя тем самым ее охлаждение до рабочей температуры.

На Рис. 2.3 показано внутренне устройство рабочей камеры криостата. (колпак рабочей камеры-криостата снят). Паразитные тепловые потоки

проникают в криостат через СВЧ-разъемы и передаются полужесткими коаксиальными кабелями к корпусу ВТСП-фильтра. Для предотвращения этого явления необходимо использовать коаксиальные кабели, изготовленные из нержавеющей стали, имеющей низкую теплопроводность.

На рис. 2.4 показан стенд на котором проводились испытания ВТСП микрополосковых устройств СВЧ-диапазона. Стенд включает в себя: малогабаритную криогенную машину К535 фирмы Ricor, откачной вакуумный пост Hi Cube 80 фирмы Pfeifeer Vacuum, анализатор цепей 37269 D фирмы Anritsu, вакуумный криостат, оснащенный герметизированными разъемами и полужесткими коаксиальными кабелями с низкой теплопроводностью.

Рисунок 2.2. Внутреннее устройство рабочей камеры-криостата: (1) - основание криостата; (2) - держатель фильтров; (3) - ВТСП-фильтр в корпусе (крышка снята); (4) - холодный палец криогенной машины; (5) - герметизированный СВЧ-разъем. (6) - полужесткий коаксиальный кабель.

РД

ВТСП - фильтр в корпусе Держатель

СВЧ

метизированный -разъем

Рисунок 2.3 - Фотография внутреннего устройства рабочей камеры криостата.

Полужесткий коаксиальный

Вакуумная камера-криостат с СВЧ-устройствами

Векторный анализатор цепей

Откачная система

Криогенная

Рисунок 2.4 - Криогенный стенд.