Многоканальные широкополосные СВЧ нагрузки и аттенюаторы на пленочных микрополосковых резисторах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Савенков Глеб Георгиевич

• Савенков Глеб Георгиевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Савенков Глеб Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ПЛЕНОЧНЫЕ СВЧ НАГРУЗКИ И АТТЕНЮАТОРЫ

1.1 Современное состояние в области разработки микрополосковых СВЧ нагрузок и аттенюаторов

1.2 Технические характеристики микрополосковых резисторов

1.3 Частотные свойства пленочных нагрузок различной формы

1.4 Выводы

2 СВЧ НАГРУЗКИ И АТТЕНЮАТОРЫ НА ПЛАНАРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРАХ

2.1. Конструкции и эквивалентные схемы планарных плёночных

резисторов

2.2. Многоэлементные пленочные нагрузки и аттенюаторы

2.3 Многоэлементная нагрузка с дополнительным тестовым выходом

2.4 Микрополосковая реализация многоэлементной нагрузки

2.5. Выводы

3. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ПЛЕНОЧНЫЕ СВЧ НАГРУЗКИ И АТТЕНЮАТОРЫ

3.1. Модели распределенных нагрузок на основе линий с потерями

3.2. Электродинамическое моделирование распределенных микрополосковых нагрузок

3.3. Распределенная нагрузка с дополнительным выходом

3.4 Распределенные нагрузки и аттенюаторы с продольными и поперечными

диссипативными элементами

3.5. Выводы

4. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ СВЧ НАГРУЗКИ

НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1. СВЧ нагрузки на основе диплексеров

4.2 Широкополосные СВЧ нагрузки на основе неотражающих фильтров

4.3 Выводы

5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПЛЕНОЧНЫХ СВЧ НАГРУЗОК

5.1 СВЧ нагрузки дециметрового диапазона на основе отражающего и неотражающего фильтров нижних частот

5.2 Распределенная СВЧ нагрузка сантиметрового диапазона

5.3 Широкополосный СВЧ диплексер для двухканальных нагрузок

5.4 Применение пленочных резистивных элементов в мостовом измерителе

КСВН на большом уровне СВЧ мощности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

МГц - мегагерц, 106 Гц

ГГц - гигагерц, 109 Гц кВт - киловатт, 10 Вт мкм - микрометр, 10-6 м нГн - наногенри, 10-9 Гн

1

пФ - пикофарад, 10" Ф См - сименс

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика МПЛ - микрополосковая линия СВЧ - сверхвысокие частоты ФНЧ - фильтр нижних частот

Я§ - поверхностное сопротивление резистивной плёнки, Ом/^ & г - диэлектрическая проницаемость среды р- характеристическое сопротивление, Ом

у - постоянная распространения микрополосковой линии с потерями

- взаимная индуктивность между / и у блоками поперечной полосы резистивной пленки

Я', О, Ь, С' - погонное сопротивление, проводимость, индуктивность и ёмкость линии передачи

ки - коэффициент передачи по напряжению

кр - коэффициент передачи по мощности КСВН - коэффициент стоячей волны

Я о - волновое сопротивление МПЛ с воздухом между полосковой линией и основанием

Q0i - собственная добротность реактивных элементов Л - абсолютная магнитная проницаемость резистивной пленки

< - удельная проводимость резистивной пленки

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

В настоящее время имеется большая потребность в создании и разработке новых способов построения и реализации сверхширокополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов высокого уровня мощности, применяемых в составе измерительного оборудования для оценки параметров выходного сигнала мощных радиопередающих устройств, используемых в современных цифровых системах связи и телевидения. Особенно актуально создание согласованных нагрузок и аттенюаторов дециметрового и сантиметрового диапазона. Это обусловлено все более интенсивным использованием в этом диапазоне радиопередающей аппаратуры с многопозиционными цифровыми видами модуляции, параметры которой должны тщательно контролироваться.

Современные сверхширокополосные СВЧ нагрузки и аттенюаторы нового поколения для мощных радиопередающих устройств в основном выполняются по двум вариантам. В первом варианте за основу взята дендритная структура соединения планарных пленочных резисторов, величины которых выбраны из условия получения требуемого номинального значения входного сопротивления. При этом допустимая мощность входного СВЧ сигнала оказывается пропорциональной количеству используемых резисторов. Однако полоса рабочих частот такой многоэлементной нагрузки ограничивается полосой пропускания делителей мощности, входящих в состав дендритной структуры, а также полосовыми свойствами согласующих цепей, подключаемых к планарным пленочным резисторам. Следует отметить, что делители мощности и согласующие цепи в известных конструкциях мощных СВЧ нагрузок выполняются как в сосредоточенном, так и распределенном элементном базисе.

Во втором варианте построения широкополосных СВЧ нагрузок используется принцип каскадного соединения согласованных четырехполюсников, выполненных на основе планарных пленочных резисторов. Для получения равномерного распределения рассеиваемой СВЧ мощности на каждом четырехполюснике с диссипативными потерями их коэффициенты передачи уменьшаются к концу нагрузки. Данный метод построения обеспечивает более широкую полосу рабочих частот, но имеет сложную конструктивную реализацию в дециметровом и особенно сантиметровом диапазоне. Исходя из сказанного выше, можно сделать вывод о том, что сегодня в области разработки сверхширокополосных пленочных СВЧ нагрузок высокого уровня мощности ведется постоянный поиск новых технических решений, обеспечивающих адекватную конструктивную реализацию в верхней части дециметрового и в сантиметровом диапазоне.

Большой вклад в развитие теории и практики построения широкополосных СВЧ устройств с диссипативными потерями внесли известные зарубежные ученые, такие как: J. Peeters, J.H. Thompson, V.D. Stankovic, а также российские ученые: В.П. Мещанов, В.И. Вольман, М.В. Давидович, Н.Ф. Попова, А.А. Яшин, В.Д. Садков, Е.П. Васильев, Д.А. Кабанов, Н.Д. Малютин, Г.Г. Гошин, А.Н. Сычёв, В.П. Кисмерешкин, Б.А. Беляев, А.А. Лексиков, М.А. Евдокимов, С.Н. Григорьев, Ю.Н. Антонов, М.Г. Рубанович. Результаты, полученные этими и многими другими авторами положены в основу исследований и конкретных разработок, выполненных в данной диссертационной работе. Систематизированный анализ современного состояния научного уровня и практической реализации диссипативных СВЧ устройств в микрополосковом исполнении показал, что для создания широкополосного измерительного оборудования дециметрового и сантиметрового диапазона, предназначенного для работы с мощными радиопередающими устройствами, требуется теоретическое

обоснование, позволяющее разработать новый класс конструктивных и схемотехнических решений в сосредоточенном и распределенном элементном базисе. При этом эквивалентные схемы на сосредоточенных элементах позволяют сформировать топологию распределенных микрополосковых структур, которые являются хорошим первоначальным обликом для последующего численного электродинамического моделирования и оптимизации.

В настоящее время одним из перспективных направлений существенного расширения полосы рабочих частот при сохранении допустимого уровня мощности входного СВЧ сигнала, на наш взгляд, является применение многоканальных частотно-разделительных устройств и неотражающих фильтров для построения согласованных нагрузок и аттенюаторов. При этом расширение полосы рабочих частот при фиксированном уровне входной СВЧ мощности целесообразно осуществлять с помощью частотно-независимой трансформации характеристического сопротивления высокочастотных каналов. Это приведет к соответствующему уменьшению номинального сопротивления нагрузки для высокочастотных каналов. Для низкочастотных каналов необходимо разработать новые конструктивные и схемотехнические решения в виде многоэлементных нагрузок с внешними и внутренними согласующими цепями. Также актуальной задачей является разработка согласованных распределенных нагрузок для сантиметрового диапазона частот на основе микрополосковых линий с большими диссипативными потерями.

Таким образом, разработка новых методов построения многоканальных широкополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов высокого уровня мощности, выполненных на основе микрополосковых частотно-разделительных устройств и неотражающих фильтров, нагруженных на сосредоточенные и

распределенные пленочные резистивные элементы, является актуальной научной и практической задачей.

Объект исследования. Широкополосные многоканальные СВЧ нагрузки и аттенюаторы большой мощности, выполненные на пленочных микрополосковых резисторах и линиях передачи с большими потерями.

Предмет исследования. Конструктивные и схемотехнические решения для мощных СВЧ нагрузок и аттенюаторов, обеспечивающие широкополосные свойства, близкие к теоретическому пределу.

Цель диссертации: Основной целью работы является разработка методов построения и конструктивная реализация мощных сверхширокополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов дециметрового и сантиметрового диапазона, выполненных на основе многоканальных частотно-разделительных устройств с нагрузочными элементами в виде планарных пленочных резисторов и микрополосковых линий с большими диссипативными потерями.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач.

1. Обзор известных методов построения и анализ технических параметров широкополосных пленочных СВЧ нагрузок и аттенюаторов высокого уровня мощности. Обоснование применения многоканальных частотно-разделительных структур и неотражающих фильтров для расширения полосы рабочих частот или увеличения мощности входного СВЧ сигнала.

2. Исследование влияния формы планарного пленочного резистора на предельно достижимую полосу частот согласования и разработка методов построения многоэлементных нагрузок и аттенюаторов на основе принципа декомпозиции мощного планарного резистора и использования как внешних, так и внутренних согласующих цепей и элементов.

3. Разработка и исследование частотных свойств распределенных нагрузок сантиметрового диапазона в виде микрополосковой линии с большими потерями.

4. Разработка многоканальных широкополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов дециметрового диапазона на основе частотно-разделительных устройств, выполненных в сосредоточенном элементном базисе.

5. Разработка широкополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов сантиметрового диапазона на основе частотно-разделительных устройств, выполненных в распределенном элементном базисе.

6. Исследование частотных свойств многоканальных СВЧ нагрузок и аттенюаторов различного типа.

7. Экспериментальное исследование основных блоков многоканальных нагрузок дециметрового и сантиметрового диапазона.

Методы исследования. Перечисленные выше задачи решались с помощью теории функций комплексного переменного, аппарата матричного исчисления, теории рядов, интегрального и дифференциального исчисления, численных методов электродинамического моделирования, симплексного и градиентного метода оптимизации. Также в данной работе использована теория линейных сосредоточенных и распределенных электрических цепей, теория фильтров и теория согласования комплексных импедансов.

Достоверность полученных результатов. Достоверность научных результатов подтверждается корректными математическими выводами и большом объемом компьютерного моделирования в демонстрационной версии программы MWO. Результаты проведенных экспериментов с использованием сертифицированных измерительных приборов Р2М-04 фирмы «Микран» и 7УЬ13 фирмы Rohde&Shwarz продемонстрировали достаточно хорошее соответствие с теоретическими расчетами. Полученные результаты не противоречат данным других авторов.

Научная новизна. В данной работе впервые были получены следующие результаты.

1. На основе декомпозиционного подхода предложена многоэлементная структура для микрополосковых нагрузок и аттенюаторов высокого уровня мощности, обеспечивающая расширение полосы рабочих частот пропорционально числу декомпозиционных элементов при использовании внешней согласующей цепи и внутренних индуктивных элементов согласования. Новизна мнгоэлементного построения защищена патентом РФ на изобретение №

2. Разработана мощная микрополосковая нагрузка на основе многоступенчатых линий передачи с равномерным распределением рассеиваемой мощности по всей длине, обусловленным скачкообразным возрастанием погонного сопротивления. Предложенная распределенная нагрузка защищена патентом на полезную модель №

3. Исследованы частотные свойства и выявлены характерные особенности широкополосных пленочных нагрузок и аттенюаторов, выполненных в виде неотражающих фильтров с многоэлементными пленочными нагрузками, имеющими полосу рабочих частот, ограниченную паразитной емкостью планарных пленочных резисторов.

4. Развит принцип построения многоканальных сверхширокополосных нагрузок и аттенюаторов, выполненных на основе частотно-разделительных устройств и использования многоэлементных диссипативных устройств сосредоточенного типа и многоступенчатых распределенных линий передачи с большими потерями.

Практическая ценность и значимость

Разработанные конструкции многоканальных сверхширокополосных нагрузок и экспериментальное исследование их основных блоков имеют важное практическое значение для современных радиоэлектронных СВЧ

систем. Полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы при выполнении Госзадания для НГТУ, выполняемого в 20172018 гг. Результаты данной работы применяются в учебном процессе на кафедре теоретических основ радиотехники ФГОБУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» при проведении занятий по курсам «Синтез линейных электрических цепей» и «Телевизионные системы и устройства» для магистрантов направления подготовки 11.03.01 (Радиотехника) и 11.03.02 (инфокоммуникационные технологии и системы связи), что подтверждается соответствующим актом внедрения. Также получен акт о внедрении на предприятии ООО «НПП Триада-ТВ», г. Новосибирск.

Положения, выносимые на защиту

1. Реализация многоэлементных пленочных СВЧ нагрузок с помощью декомпозиции на одинаковые фрагменты обеспечивает существенное расширение полосы рабочих частот при использовании внешних согласующих цепей и внутренних индуктивных элементов согласования. Высокая эффективность и хорошая физическая реализуемость данного метода обеспечивается при числе декомпозиционных блоков не более

2. Распределенные нагрузки на основе многоступенчатых линий с возрастающим погонным сопротивлением ступеней работают на частотах выше 3 ГГц, где обеспечивают максимальный уровень входной мощности за счет равномерного распределения рассеиваемой мощности в каждой ступени.

3. Согласованные нагрузки дециметрового диапазона на основе неотражающих фильтров обеспечивают приемлемое качество согласования в полосе рабочих частот 0-2 ГГц при использовании планарных пленочных резисторов в качестве балластных с паразитной емкостью до 1 пФ и рассеиваемой мощностью до 100 Вт.

4. Применение диплексера на взаимно дополняющих баттервортовских фильтрах с частотно-независимой трансформацией характеристического сопротивления в высокочастотном канале, полученной с помощью преобразований Куроды, позволяет в двухканальных нагрузках расширить полосу рабочих частот в три раза по отношению к одноканальному варианту.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многоканальные широкополосные СВЧ нагрузки и аттенюаторы на пленочных микрополосковых резисторах»

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Российской научно-технической конференции «Современные проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2016, 2018 гг.

2. Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, Санкт-Петербург, 2017 г.

3. Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства - основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения № 10), Караганда, 2018 г.

4. 18 international conference of young specialists on micro/nanotechnologies and electron devices, EDM 2017, республика Алтай, Эрлагол.

5. 19 international conference of young specialists on micro/nanotechnologies and electron devices, EDM 2018, республика Алтай, Эрлагол.

6. Электронные средства и системы управления. 13 Международная научно-практическая конференция, посвященная 55-летию ТУСУРа, Томск, 2017.

7. Современные проблемы радиоэлектроники. Всероссийская конференция студентов и молодых ученых. Красноярск 2017, 2018 гг.

Личный вклад автора. Изложенные в диссертации результаты исследований получены лично автором при организационном участии научного руководителя, имеются научные публикации без соавторов. На

основании обсуждения с соавторами физических принципов и конструктивных реализаций автор лично получил основные расчетные соотношения для разработанных многоканальных нагрузок и оформил две заявки на патент на изобретение и на патент на полезную модель.

Публикации. Основные положения диссертационного исследования, а также научные и практические результаты, отражены в 15 работах, опубликованных по теме диссертации. Три статьи входят в перечень журналов и изданий, рекомендованных ВАК. 10 публикаций - материалы докладов всероссийских и международных конференций. Два доклада индексированы в Web of Science. Получен 1 патент на изобретение и 1 на полезную модель.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы. Объём работы составляет 140 страниц машинописного текста, включая 85 рисунков и список литературы из 78 наименований.

1 ПЛЕНОЧНЫЕ СВЧ НАГРУЗКИ И АТТЕНЮАТОРЫ

В данном разделе приведен аналитический обзор отечественных и зарубежных литературных источников по вопросам построения широкополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов большой мощности, выполненных на основе микрополосковой пленочной технологии. Описаны конструктивные и схемотехнические решения для СВЧ нагрузок и аттенюаторов дециметрового и сантиметрового диапазона на уровень мощности от нескольких Вт до нескольких сотен Вт. Обоснована актуальность диссертационного исследования.

1.1 Современное состояние в области разработки микрополосковых

СВЧ нагрузок аттенюаторов

В настоящее время широкополосные согласованные СВЧ нагрузки и аттенюаторы выполняются по трем основным видам технологии: волноводной, коаксиальной и микрополосковой. Достоинством волноводной технологии является низкий уровень электромагнитного излучения в окружающее пространство. Однако данную технологию не целесообразно применять в метровом диапазоне длин волн из-за больших массогабаритных параметров. Поэтому волноводная технология используется для построения оконечных нагрузок и СВЧ аттенюаторов в сантиметровом и миллиметровом диапазоне. Типовая конструкция волноводной СВЧ нагрузки показана на рисунке 1.1. К недостатку волноводных нагрузок можно также отнести трудности отвода тепла на внешние радиаторы воздушного или жидкостного охлаждения.

Рисунок 1.1 - Волноводная СВЧ нагрузка

В более широком диапазоне частот работают СВЧ нагрузки и аттенюаторы, выполненные по коаксиальной технологии. На рисунке 1.2 показан общий вид коаксиальных нагрузок на большой уровень входной мощности. Сопоставление различных вариантов конструктивной реализации коаксиальных нагрузок и аттенюаторов показывает, что высокий уровень допустимой входной мощности обеспечивают данные устройства с принудительным жидкостным охлаждением. Например, широкополосные коаксиальные нагрузки, выпускаемые фирмами Bird и JFW, могут работать продолжительное время в режиме максимально допустимого уровня входной мощности порядка сотен ватт. [1].

Рисунок 1.2 - Коаксиальные нагрузки (Э9-154, Э9-159)

В последнее время для построения СВЧ нагрузок и аттенюаторов на уровень мощности до нескольких кВт применяются плёночные планарные резисторы и микрополосковые линии с диссипативными потерями. Анализ опубликованных работ [2-7] показывает, что использование плёночных диссипативных элементов сосредоточенного и распределенного типа на диэлектрической подложке с большой теплопроводностью обеспечивает при использовании принудительного воздушного охлаждения рассеивание значительной мощности. Одним из основных параметров СВЧ нагрузок и аттенюаторов, выполненных по микрополосковой технологии с использованием диэлектрической подложки из оксида бериллия (ВеО), является мощность, отводимая с единицы площади, которая сегодня составляет 2-4 Вт/мм2, что соответствует допустимой рабочей температуре резистивной пленки 115оС. Превышение указанных параметров приводит к деградации и постепенному выходу из строя микрополоскового плёночного резистора и соответственно СВЧ нагрузки. На рисунке 1.3 показаны несколько вариантов топологий пленочного резистора, на которых выделены резистивная пленка и контактные площадки.

Рисунок 1.3 - Топология пленочного резистора сосредоточенного типа

На рисунке 1.4 представлен пленочный резистор, реализованный на подложке из бериллиевой керамики.

Рисунок 1.4 - Внешний вид планарного пленочного резистора

На рисунке 1.5 показана топология аттенюатора с двумя выходами с разными коэффициентами затухания, выполненного на основе планарных пленочных резисторов.

Рисунок 1.5 - Аттенюатор на основе пленочных резисторов

На рисунке 1.6 представлен внешний вид мощного аттенюатора на пленочных резисторах с воздушным охлаждением с разной величиной затухания в каналах.

Рисунок 1.6 - Мощный СВЧ аттенюатор на пленочных резисторах с воздушным охлаждением

Конструктивная реализация мощных пленочных СВЧ нагрузок и аттенюаторов осуществляется в виде многоэлементных структур [7]. На рисунке 1.7 представлена дендритная (древовидная) структура многоэлементной СВЧ нагрузки [5, 7, 8]. Как видно из рассмотрения рисунка 1.7, дендритная нагрузка содержит несколько групп одинаковых пленочных резисторов и двухканальных делителей мощности. При работе в широкой полосе частот каждый резистор должен быть согласован по входу с помощью согласующих элементов, компенсирующих влияние паразитных емкостей и индуктивностей. Поскольку входная мощность распределяется на большое количество маломощных резисторов полоса рабочих частот многократно увеличивается по отношению к одноэлементной нагрузке.

Рисунок 1.7 - Дендритная структура многоэлементной СВЧ нагрузки

Многоэлементные СВЧ нагрузки в виде дендритных структур имеют следующие особенности. С одной стороны, одностороннее согласование уменьшает количество согласующих элементов, с другой стороны, для

каждой группы резисторов номинальные значения резисторов отличаются от стандартного значения 50 Ом. Кроме того, дендритная структура содержит либо резистивные делители мощности, либо делители мощности на отрезках линий передач и конденсаторах, которые имеют ограниченную полосу рабочих частот. Указанные выше особенности приводят к дополнительному ограничению полосы рабочих частот и к усложнению экспериментальной настройки согласующих цепей в данной многоэлементной нагрузке [9, 23]. Следует отметить, что описываемая дендритная структура обеспечивает равномерное распределение рассеиваемой СВЧ мощности по всей площади радиатора. При этом за счет реализации пленочных резисторов на разных диэлектрических подложках, которые находятся на определенном расстоянии друг от друга, устраняется их локальный перегрев. Таким образом, СВЧ нагрузки, выполненные по дендритной структуре, имеют простую конструкцию и технологичны. Однако их эффективность по приближению к потенциально достижимой полосе частот составляет не более 70%. Поэтому в ряде работ [10, 11, 12, 41, 44] были предложены оригинальные методы расширения полосы рабочих частот и увеличения уровня входной допустимой мощности с помощью использования многокаскадных структур, выполненных на основе согласованных Т- и П-образных звеньев на пленочных резисторах.

input _

A

P

A

P

A

—•••—

n=1 n=2 n=3 —•••— n=N

Pn output

A

N

Рисунок 1.8 - Структурная схема многокаскадного построения СВЧ

аттенюатора (нагрузки)

Типовой вариант многокаскадного построения СВЧ аттенюатора (нагрузки) высокого уровня мощности для метрового и дециметрового диапазона [11] показан на рис. 1.7, где приняты обозначения: п - текущий

каскад СВЧ нагрузки (или аттенюатора); Рп -рассеиваемая мощность на п -

ом последовательном каскаде СВЧ; Ап -рабочее затухание п - ого последовательно включенного каскада.

В описываемом устройстве (рисунок 1.7) входная СВЧ мощность равномерно распределяется по всем каскадам, которые последовательно соединены между собой отрезками микрополосковых линий передачи. Число последовательно соединенных согласованных каскадов определяется следующими соотношениями:

Ртах = Р + Р + Р + ••• + ^; К = К(1) • К(2) • К(3) •... • К(N);

Р

р =—, (1.1)

ш (1 - кР у v 7

где Рш - мощность, подаваемая на вход многокаскадного СВЧ аттенюатора;

N - количество каскадов в СВЧ аттенюаторе; Ртах - максимальная рассеиваемая мощность в многокаскадном аттенюаторе; Кр -

результирующий коэффициент передачи по мощности многокаскадного СВЧ аттенюатора.

Коэффициент передачи по мощности каждого каскада при условии равномерного распределения СВЧ мощности по всем каскадам рассчитывается по формуле

п ■ К„ + (N - п)

К (п) =-^---,

(п -1) ■ Кр + (N - п +1) (1.2)

где: К(п)- коэффициент передачи по мощности п-го каскада; п=1...Ж -текущий номер каскада.

Если полагать, что пленочный резистор близок к сосредоточенному элементу, имеющему в первом приближении только паразитную емкость, то для рассматриваемой многокаскадной структуры применимо фундаментальное ограничение Бодэ-Фано [13]

11п

о

1

йа <

ж

ЯС

(1.3)

511 и®)

где (]а>) - частотная зависимость комплексного коэффициента отражения на входе согласующей цепи; Я - номинальное сопротивление нагрузки; С -входная емкость первого каскада.

Данное соотношение можно интерпретировать как потенциальная «площадь согласования» комплексной нагрузки, определяемой

1

произведением полосы рабочих частот на величину 1п

Л'

11

где

Я

11

модуль максимально допустимого значения коэффициента отражения в полосе пропускания на выходе идеальной согласующей цепи без потерь. Отметим, что данный термин аналогичен термину «площадь усиления», используемому в теории усилительных устройств.

Из соотношения (1.3) при использовании согласующей цепи к - того порядка полоса частот определяется соотношением [13]

А/ = -, (1.4)

21п

с \ 1

5-1

и

■ЯС

1п

где - т](к) =

ж

sh

аН

Нй

17,37 2к

1п

Нй

Б1П

17,37

порядок согласующей цепи к.

г -тг ^

ж

V 2к у

весовая функция, учитывающая

Графики частотной зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) для однокаскадного и двухкаскадного СВЧ аттенюатора при использовании межкаскадных согласующих цепей 3-го порядка представлены на рисунке 1.9.

КСВ

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1

О 500 1000 1500 2000 МГц

Рисунок 1.9 - Частотная зависимость КСВ для аттенюатора с согласующими цепями 3-го порядка: пунктирная кривая - один каскад;

сплошная кривая - два каскада

Из рассмотрения графиков, представленных на рисунке 1.9, следует, что частотная зависимость КСВ имеет пульсирующую форму, соответствующую полиномиальным чебышёвским согласующим цепям. При этом полоса рабочих частот двухкаскадного пленочного аттенюатора оказывается в 2 раза больше, чем у однокаскадного аттенюатора при одной и той же мощности входного СВЧ сигнала. Это обусловлено тем, что в двухкаскадном аттенюаторе с равномерным распределением мощности применены пленочные резисторы в 2 раза меньшей мощности, у которых паразитная емкость также в 2 раза меньше. Отсюда следует важный вывод. Метод многокаскадного построения СВЧ аттенюаторов и нагрузок позволяет

пропорционально количеству каскадов расширить полосу рабочих частот. Отметим, что ресурс расширения полосы рабочих частот может быть использован для увеличения уровня мощности входного сигнала. В этом случае при использовании в однокаскадном и двухкаскадном аттенюаторе пленочных резисторов с одинаковой площадью полоса рабочих частот оказывается одинаковой. Обобщая два этих случая можно записать следующее соотношение для многокаскадных аттенюаторов

^^ = const. (1.5)

N

Постоянная величина const в (1.5) определяется физическими свойствами диэлектрической подложки, на которой расположены пленочные резисторы, площадью внешнего радиатора, а также режимом воздушного охлаждения.

Из выражения (1.5) следует, что при уменьшении уровня входной мощности Pin полоса рабочих частот может достигать десятков ГГц. Например, в работе [14] описан микромощный аттенюатор, выполненный в виде симметричной Т-образной структуры, нанесенной на кварцевую диэлектрическую подложку размером 2,5*4*0,5 мм, как показано на рисунке 1.10. Полоса рабочих частот описываемого аттенюатора составляет 0-10 ГГц.

На рисунке 1.11 приведены графики частотной зависимости коэффициента передачи микромощного T-образного аттенюатора.

input

Л Ag

Л4 и

/ Wc > f V А r2 NiCr

<—т-> м R> и "quartz

▼

output

Рисунок 1.10 - Топология микромощного Т-образного аттенюатора 0-10 ГГц

Рисунок 1.11

- Частотные характеристики T-образного аттенюатора 0-10 ГГц

Еще более широкую полосу рабочих частот обеспечивает микромощный аттенюатор, выполненный на основе Т-образных симметричных звеньев, расположенных на подложке из арсенида галлия [15]. На рисунке 1.12 представлен общий вид многокаскадного аттенюатора с вносимым ослаблением 20 дБ.

яз

вшш

1 '«■'

Рисунок 1.12 - Общий вид микромощного Т-образного аттенюатора 0-40 ГГц

Экспериментальные частотные зависимости микромощного Т-образного аттенюатора приведены на рис. 1.13.

Рисунок 1.13 - Частотные характеристики Т-образного аттенюатора 0-40 ГГц

Рассмотренные выше аттенюаторы миллиметрового диапазона в настоящее время более чем востребованы в измерительных приборах и сверхширокополосных СВЧ трактах передачи информации.

Кроме новых схемотехнических решений существенно расширить полосу рабочих частот можно в пленочных аттенюаторах и нагрузках, выполненных на основе новых материалов и нанотехнологий. Именно этот подход реализован в широкополосном устройстве, описанном в [16]. На рисунке 1.14 показана структура микромощного аттенюатора на основе использования графеновых нитей.

Рисунок 1.14 - Структура микромощного аттенюатора на графеновых нитях

Частотные зависимости вносимого ослабления аттенюатора на графеновых нитях при различных значениях управляющего напряжения приведены на рисунке 1.15. Из рассмотрения графиков рисунок 1.15 видно, что с ростом частоты вносимое ослабление монотонно увеличивается, что может привести к необходимости использования амплитудно-частотной коррекции.

О -1-

с s ю «а и>

Fn^ienqf (ОН)

Рисунок 1.15 - Частотные характеристики аттенюатора на графеновых нитях

Исходя из приведенных выше примеров и анализа соотношения (1.5) следует, что теоретически при фиксированной мощности входного сигнала Рш и увеличении количества каскадов до бесконечно большой величины

N

(N ^ ю) полоса рабочих частот Af =--const может быть обеспечена сколь

PIN

угодно большой. С другой стороны, при неизменной полосе рабочих частот Af в многокаскадном аттенюаторе также может быть обеспечена сколь

N

угодно большая мощность входного СВЧ сигнала PIN =--const. Однако на

Af

практике обычно применяют не более 3-5 каскадов из-за чрезмерного усложнения конструкции. Поэтому для построения сверхширокополосных СВЧ нагрузок и аттенюаторов высокого уровня мощности, выполненных на основе пленочных резистивных элементов, требуется разработка новых методов построения и конструктивно-схемотехнической реализации, как в сосредоточенном, так и в распределенном элементном базисе, что соответствует цели данной диссертационной работы. На наш взгляд, наиболее перспективным подходом является многоканальный метод

построения сверхширокополосных диссипативных поглощающих устройств на основе использования частотно-разделительных устройств и неотражающих фильтров, а также построение многоэлементных нагрузок и аттенюаторов с внутренними согласующими элементами.

1.2. Технические характеристики микрополосковых резисторов

Одним из основных элементов микрополоскового плёночного резистора является диэлектрическая подложка, которая одновременно представляет собой конструктивную базу, на которой формируются и монтируются диссипативные элементы, обеспечивает электрическую изоляцию элементов МПЛ, а также служит теплоотводящим элементом всей конструкции [7].

Применяемая в настоящее время в СВЧ технике бериллиевая керамика в качестве диэлектрической подложки аттенюатора имеет малое значение тангенса диэлектрических потерь и небольшие температурные изменения электрических параметров. При этом она обладает повышенной механической прочностью и высокой теплопроводностью. Данные технические характеристики являются определяющими для ее использования для изготовления мощных пленочных СВЧ нагрузок и аттенюаторов [18, 19].

В области частот до 10 ГГц микрополосковый плёночный резистор может быть представлен в виде одномерной линии передачи с диссипативными потерями в микрополосковом проводнике. Одномерная модель линии передачи (рисунок 1.16) базируется на известных телеграфных уравнениях:

-^ = [Я(х) + I(х) , (1.6)

ах

- а1 = [0(х) + ]оС(х)\Ц(х), ах

где: U(x), I(x) - напряжение и ток линии; со = 2f - круговая частота (f -частота); R (x), G'(x),L'(x), C'(x) - погонные сопротивление, проводимость, индуктивность и ёмкость; 0 ^ x ^ £ - текущая продольная координата (£ -общая длина линии передачи); j =

Рисунок 1.16 - Одномерная модель линии передачи с диссипативными потерями

В высокочастотной области распределение тока в плёночных резисторах и проводниках является неоднородным: большая часть тока сосредоточена в приповерхностном по отношению к подложке слое, толщина которого равна толщине скин-слоя. Кроме того, в поперечном сечении резистивной пленки распределение тока оказывается неравномерным: плотность тока максимальна на краях резистивного микрополоска и минимальна в центре. Влиянием скин-эффекта можно пренебречь, если для толщины скин-слоя й выполняется соотношение

d >>

t • w

л

где d = 1/

л

- толщина скин-слоя t - толщина резистивной пленки; w

- ширина резистивной пленки; л - абсолютная магнитная проницаемость пленки; а - удельная проводимость пленки.

Анализ показывает, что для микрополосковых резисторов, имеющих сопротивление более 5 Ом, шириной до 12 мм и толщиной 6 мкм проявлением скин-эффекта можно пренебречь вплоть до частот 10-20 ГГц.

В работе [7] показано, что при работе на высоком уровне мощности в линиях передачи с большой шириной резистивного микрополоска модель в виде одномерной линии передачи является приближённой, поскольку она не учитывает неравномерность распределения СВЧ тока в поперечном сечении микрополоска. Поэтому на высоких частотах, особенно в сантиметровом диапазоне, более эффективным и адекватным подходом для анализа частотных свойств микрополосковых нагрузок является использование численного электродинамического моделирования с помощью компьютерных программ. Поэтому в дальнейшем рассмотрении учет влияния краевых эффектов будет производиться этим методом.

1.3. Частотные свойства пленочных нагрузок различной формы

В настоящее время широкополосные микрополосковые нагрузки в ряде случаев выполняют в виде сектора круга или микрополосковой линии с увеличивающейся шириной [17]. Такие нагрузки по существу представляют собой неоднородную линию потерями. На рисунке 1.17 представлена декомпозиционная двумерная модель планарного пленочного резистора, учитывающая реальное неравномерное распределение высокочастотного тока, сосредоточенного главным образом на краях резистивной пленки, имеющей форму сектора круга. Эквивалентная схема, отображающая свойства пленочного резистора в соответствии с двумерной декомпозиционной моделью представлена на рисунке 1.1 8.

Эквивалентная схема двумерной структуры из примыкающих друг к другу декомпозиционных блоков (рисунок 1.17) приведена на рисунке 1.18.

Одна поперечная полоса резистивной плёнки, состоящая из т примыкающих друг к другу декомпозиционных блоков, а также её эквивалентная схема показаны на рисунке 1.19.

Рисунок 1.17 - Двумерная декомпозиционная модель планарного пленочного резистора в форме сектора круга

и,

Х7Т

Ь

и,

] ]

М,

т

С/2

Х21 гу-УЛ Т21 1 Ц,

I

С/2

и

1ГТ ь

и_гу-г ,_ _

И

С/2

-31

КГТ

Я

X"1' гу-у-л

I ш1 _]_ Г , 1 -■ 1П I

X

С/2

£

1.2 X

X X

С/2 ^22 С/2 /

] 1 1 22 X

X X

С/2 и32 С/2 /

Ь,2

м12М

1гХ

т

С/2

1-22 М22 32

о-

и

XX I

С/2

С/2 С/2

и2

Я -1-

С/2

ит2

МШ2 ,11-1 2

-ПГУ\

Я -1- 1ш2±_ [,т2

I I

С/2 С/2

Я

и1п

Т

С/2

и,

I

к

12п±_

X

С/2

2п

М2пЗп

С/2

и„

Я

С/2

С/2

М„

XX X

С/2

XX X

С/2

X

I

С/2

С/2

Рисунок 1.18 - Эквивалентная схема двумерной декомпозиционной модели планарного пленочного резистора

Рисунок 1.19 - Поперечная полоса резистивной плёнки и её эквивалентная схема

Для описания индуктивных свойств взаимодействующих декомпозиционных блоков резистивной плёнки, входящих в одну поперечную полосу, применяется квадратная Z матрица комплексных импедансов размерности 2т. Для т=1 Z матрица, соответствующая П-образному четырехполюснику, имеет вид:

Z■

1

" 2 + ^3 ) ' ^3

¿1 ' ^3 ^3 ■ + ^2 )

(1.7)

При декомпозиционном разбиении в поперечном сечении на две токовые полосы, то есть для т=2 составляется Z матрица, соответствующая восьмиполюснику размерности 4. При ее составлении учитывается взаимный импеданс между декомпозиционными блоками, определяемый через их

первичные параметры 2р = 2 р = роМр ; где Мр = М р - взаимная индуктивность между I и у блоками поперечной полосы; с = 2п/, f - частота

высокочастотного сигнала.

Матрицы восьмиполюсников могут быть представлены как матрицы-клетки, содержащие в себе 4 матрицы четырехполюсников [20], [29].

Аналогично составляется Z матрица для любого произвольного количества токовых полос т.

Для пленочного резистора в форме сектора круга элементы Z матрицы определяются следующим образом:

2и = Я + роЦ, р = , 1 = 1, 2 ....т, (1.8)

Гк+1 гк+1

Ц = I Ь\г)йг, Мр = | Мр(г)йт, (1.9)

Гк гк

где Ц - погонная индуктивность декомпозиционных блоков в к-ой поперечной полосе (к =1, 2, 3 ... п); г - текущий радиус сектора круга, к =1, 2, 3 ... п; Мр (г) - взаимная погонная индуктивность декомпозиционных блоков

в к - ой поперечной полосе.

Формулы для расчета погонной индуктивности и взаимных индуктивностей приведены в работе [7]. В этих выражениях следует учесть связь между шириной декомпозиционного блока и текущим радиусом сектора круга.

Общий алгоритм описания частотных свойств всей резистивной плёнки заключается в том, что Z матрицы для каждой поперечной полосы преобразуются в А - матрицы. Затем все полученные А матрицы

перемножаются и находится результирующая А матрицу, описывающая всю резистивную плёнку в целом, как каскадное соединение п поперечных полос с взаимной индуктивной связью между декомпозиционными блоками.

Наконец, задаются граничные условия на торцах резистивной пленки. Будем полагать, что с помощью контактной площадки ко всем декомпозиционным блокам на входе подводится одно общее входное напряжение: П = из = ...П 2т_1 = и = 1 Вольт. При этом концы декомпозиционных блоков последней поперечной полосы соединены с общим корпусом: и2 = и4 = ...П2т = 0. В этом случае резистивная пленка выполняет функцию нагрузки. Входной импеданс такой пленочной нагрузки находится с помощью преобразования результирующей А- матрицы в результирующую

Z матрицу. После этого составляем матричное уравнение относительно входных токов

1 = 1 1\I. (1.10)

По найденным с помощью (1.11) значениям токов в каждой полосе определяем входное сопротивление пленочной нагрузки

= 1 + г " !-• (и1)

1Х + 1з + ... +12т_1

Описанный выше алгоритм определения частотной зависимости входного импеданса 2» наиболее удобно реализуется в программной среде MathCad.

Анализ параметров планарных пленочных резисторов малой и средней мощности показал, что декомпозицию целесообразно проводить только вдоль радиуса сектора круга, то есть полагать т=1 и п>1.

В общем случае разработанная эквивалентная схема планарного пленочного резистора в форме сектора круга, показанная на рисунке 1.17, наглядно описывает физические процессы и позволяет обоснованно сформировать первоначальную структуру для последующего численного электродинамического моделирования. Декомпозиционная структура, показанная на рисунке 1.17 и описываемая соотношениями (1.7)-(1.12),

представляет собой двумерную модель неоднородной линии передачи. В частном случае, при т=1 она переходит в одномерную модель неоднородной линии передачи. Отметим, что данные модели неоднородной линии передачи применимы для высокодобротных двумерных планарных резонаторов и резонаторов на одномерных неоднородных линиях. Оба вида этих резонаторов широко используется для построения микрополосковых фильтров различного типа. Предложенная модель в отличие от известных декомпозиционных структур основана на кусочно-ломанной аппроксимации топологии неоднородной линии передачи. В частном случае она легко переходит в ступенчатую аппроксимацию неоднородной линии передачи, если расчеты реактивных параметров проводить для усредненной ширины декомпозиционного блока й> = 0,5(wmin + wmax), где wmin - минимальная ширина декомпозиционного блока, wmax - максимальная ширина декомпозиционного блока. Отметим, что ступенчатая аппроксимация дает большую погрешность за счет вторичных отражений от скачков волнового сопротивления. Кроме того, итоговое соотношение (1.12) оказывается значительно проще, чем сверточные алгоритмы известного метода импедансных сеток [22].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Савенков Глеб Георгиевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богомолов П.Г. Методы увеличения полосы рабочих частот и уровня входной мощности в многокаскадных СВЧ аттенюаторах / П.Г. Богомолов // Дисс. канд. тех. наук спец. 05.12.07 (Антенны, СВЧ-устройства и их технологии). - 2016. -148 с.

2. Универсальный широкополосный модульный аттенюатор большой мощности для работы с радиопередающей аппаратурой / Ю. В. Востряков, М.Г. Рубанович, С.Ю. Матвеев, В.П. Разинкин, В.А. Хрусталев // Электронные средства и системы управления : третья междунар. науч.-практ. конф. - Томск, 2005. - Ч. 1. - C. 162-165.

3. Савенков Г.Г. Сверхширокополосная микрополосковая нагрузка / Савенков Г.Г. // Сборник научных трудов конференции «Современные проблемы радиоэлектроники». - Сибирский Федеральный университет, Красноярск, 2018. - С. 297-299.

4. Savenkov G.G. Film microwave loads of a circle sector shape / G. G. Savenkov, V. P. Razinkin, M. G. Rubanovich // The 18 international conference of young specialists on micro/nanotechnologies and electron devices «EDM 2017» // - Новосибирск, НГТУ.-2017. - С. 199-201.

5. Karatovskiy A.Y. А broadband microwave attenuator on the power level of 2 kW. / A.Y. Karatovskiy, M.G. Rubanovich, V.A. Khrustalev //. The 17th international conference of young specialists on micro/nanotechnologies and electron devices «EDM 2016». - Новосибирск, НГТУ. - 2016. - С. 114-119.

6. Rave C. A substrate integrated matched load with embedded resistive thick film / C. Rave, A.F. Jacob. - Institut f ur Hochfrequenztechnik, Technical University Hamburg-Harburg, Hamburg, Germany. - 2016.

7. Рубанович М. Г. Сверхширокополосные аттенюаторы высокого уровня мощности / М. Г. Рубанович, В. А. Хрусталев, В. П. Разинкин // монография - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2015. - 332 с.

Пат. № 2667348 РФ: H01 P1/24 Микрополосковая нагрузка / Г.Г. Савенков, В.П. Разинкин, А.А. Столяренко, А.С. Митьков. - Опубл. 18.09.18. Бюл. № 26.

8. Калашников В.С. Негурей А.В. Расчет и конструирование аттенюаторов СВЧ. - М.: Связь, 1980. - 88 с.

9. Богомолов П.Г. Широкополосный плёночный СВЧ аттенюатор / П.Г. Богомолов, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, В.П. Разинкин // Электроника и микроэлектроника СВЧ : матер. Всероссийской конф. - Санкт - Петербург, 2014. - С. 93 - 97.

10. Богомолов П.Г. Методы расширения полосы рабочих частот пленочных СВЧ аттенюаторов, журнал Успехи современной радиоэлектроники, № 10, 2015 г., стр. 145-148.

11. Вендик И.Б. Современные проблемы техники и электроники СВЧ / И.Б. Вендик // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - Санкт-Петербург, 2005. - №1. - С. 3-4.

13. Савенков Г.Г. Многоступенчатая микрополосковая СВЧ-нагрузка / Г.Г. Савенков, В.П. Разинкин, А.Д. Мехтиев // Вопросы радиоэлектроники. -2018. - № 4. - С. 53-57.

14. Jen-Hao Yeh. Microwave attenuators for use with quantum devices below 100 mK / Jen-Hao Yeh , Jay LeFebvre, Shavindra Premaratne, F. C. Wellstood, B. S. Palmer //Journal of Applied Physics 121, 224501 (2017)

15. Zagorodny A.S. Microwave microstrip attenuators for GaAs monolithic integrated circuits / A. S. Zagorodny, N. N. Voronin, I. V. Yunusov, G. G. Goshin, A. V. Fateev, A. Y. Popkov // XIII international conference and seminar on micro/nanotechnologies and electron devices «EDM 2012». - P. 67-71.

16. Luca Pierantoni. Broadband Microwave Attenuator Based on Few Layer Graphene Flakes / Luca Pierantoni, Davide Mencarelli, Maurizio Bozzi, Riccardo Moro, Stefano Moscato, Luca Perregrini, Federico Micciulla, Antonino Cataldo,

Stefano Bellucci // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. -August 2015 - Vol.63, no.8.- P. 2491-2497.

17. Савенков Г.Г. Оптимизация формы пленочных СВЧ-нагрузок / Г.Г. Савенков // Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 4-5 мая 2017 г.) - Красноярск. Изд-во СФУ. - 2017. - С. 459-462.

18. Мехтиев А.Д. Численные методы определения ёмкости микрополосковой линии / А. Д. Мехтиев, М. Г. Рубанович, Д. В. Вагин, В. А. Хрусталев, Ю. В. Ким // Тезисы докладов международного симпозиума "Информационно-коммуникационные технологии в индустрии, образовании и науке". - Караганда, 2012, Ч.1. - С. 267-269.

19. Рубанович М. Г. Микроволновые пленочные аттенюаторы высокого уровня мощности / М. Г. Рубанович, В. А. Хрусталев, В. П. Разинкин. -Saarbrucken : Lambert Academic Publishing, 2014. - 240 с.

20. Иванов С.А. Метод импедансного аналога электромагнитного пространства для решения начально-краевых задач электродинамики / С.А. Иванов, Б.В. Сестрорецкий, А.Н. Боголюбов // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - Москва, 2008. -№1. - С.274-304.

21. Вольман В.И. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств - М.: Радио и связь, 1982, 328 с.

22. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели: Особенности создания на p-i-n-,диодах в интегральном исполнении. - М.: Радио и связь, 1984. - 184 с.

23. Фельдштейн А.Л. Справочник по элементам полосковой техники / А. Л. Фельдштейн , Н. И. Прохорова, В. П. Мещанов, О. И. Мазепова ; Под ред. А. Л. Фельдштейна. - Москва: Связь, 1979. - 336 с.

24. Савенков Г.Г. Широкополосная микрополосковая СВЧ нагрузка / Савенков Г.Г. // Сборник научных трудов конференции «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 4-8 дек. 2017 г.) - Новосибирск. Изд-во НГТУ. -

2017. - Ч. 6. - С. 24-29.

25. Савенков Г. Г. Berillium oxide ceramics wideband UHF attenuator / Савенков Г. Г., Югай В. В. // Сборник трудов международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства - основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения № 10). -Карагандинский государственный технический университет, Караганда,

2018. - C. 287-289.

26. Савенков Г.Г. Широкополосные СВЧ нагрузки на ступенчато-неоднородных линиях с потерями / Г.Г. Савенков, В.П. Разинкин, В.А. Хрусталев // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 4. С.68-72.

27. Абденов А. Ж. Векторно - параметрический метод расчета межэлектродных емкостей коммутационных СВЧ диодов / А. Ж. Абденов, С.Ю. Матвеев, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталёв // Науч. вест. НГТУ. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. - № 3(21). - С. 27-36.

28. Разинкин В. П. Высокоизбирательные фильтры СВЧ / В. П. Разинкин, В. В. Белотелов // Proceeding IEEE-Russia conference Microwave electronics (MEMIA'1997). - Novosibirsk : NSTU, 1997. - P. 120-121.

29. Климов К.Н. Построение консервативных сеток для решения двумерных задач электродинамического анализа систем с произвольным распределением диэлектрической и магнитной проницаемостей / К.Н. Климов, Б.В. Сестрорецкий // Радиотехника и электроника - 2001. - Т. 46. № 1. - С. 30.

30. Дмитриев Е.Е. Основы моделирования в Microwave Office 2009 -2010. - 176 с.

31. Шлепнев Ю.О. Новый подход к моделированию произвольных линий передачи / Ю.О. Шлепнев, Б.В. Сестрорецкий, В.Ю. Кустов // Радиотехника и электроника - 1997. - Т. 42. №1. - С. 18.

32. Сестрорецкий Б.В. Эффективный алгоритм анализа плоских волноводных устройств / Б.В. Сестрорецкий, В.Ю. Кустов // Вопросы радиоэлектроники - 1988. - №2 - С.3.

33. Малорацкий Л.Г. Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях - М.: Советское радио, 1972. — 233 с.

34. Алексеев О.В. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение / О.В. Алексеев, Г.А. Грошев, Г.Г. Чавка - М.: Радио и связь, 1980.

35. Савенков Г.Г. Синтез согласующих цепей для пленочных СВЧ-нагрузок и аттенюаторов / В.П. Разинкин, Г.Г. Савенков, М.Г. Рубанович, В.В. Югай // Вопросы радиоэлектроники. - 2017. - № 4. - С. 77-80.

36. Патент РФ №2641625 Н01 Р1/22 СВЧ аттенюатор / К.Я. Аубакиров, П.Г. Богомолов, Ю.В. Востряков, В.П. Разинкин, М.Г. Рубанович, А.А. Столяренко, В.А. Хрусталёв. Опубл. 18.01.18. Бюл. №2.

37. Рубанович М.Г. Мощные плёночные СВЧ аттенюаторы / М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, П.Г. Богомолов, К.Я. Аубакиров // Вопросы радиоэлектроники. - 2015. - №3. - С. 81-87.

38. Богомолов П.Г. Многокаскадные СВЧ-аттенюаторы на планарных плёночых резисторах / П.Г. Богомолов, В.П. Разинкин, В.А. Хрусталев, К.Я. Аубакиров // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. № 11. - С.233-237.

39. Санкин Ю. Отечественные ВЧ- и СВЧ-резисторы, поглотители и терминаторы. Состояние и перспективы производства / Ю. Санкин, Б. Иванов, М. Двоешерстов, С. Симаков, В. Уткин, И. Кулага // Электронный журнал «Компоненты и технологии». - 2009. - №1.

40. Савенков Г.Г. Широкополосный СВЧ диплексер / Г.Г. Савенков,

В. П. Разинкин // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы телекоммуникаций» Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики -Новосибирск. Изд-во СибГУТИ. - 2018. - С. 669-673

41. Патент № 2599915 РФ: H01 P1/00 СВЧ аттенюатор / В.П. Разинкин, П.Г. Богомолов, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, Ю.В. Востряков - Опубл. 20.10.16. в БИ № 29.

42. Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. -М.: Иностр. литер., 1948. - 641 с.

43. Фано P.M. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов: Пер. с англ. / Под ред. Г.Н. Слободенюка. -М.: Сов. Радио, 1965. - 69 с.

44. Bogomolov P.G. Methods of expanding the bandwidth of multicascade microwave attenuators / P.G. Bogomolov , M.G. Rubanovitch, V.P. Razinkin. // Материалы XIII Международной научно-технической конференции «АПЭП - 2016» - Новосибирск, 2016. - С. 54-56.

45. Еремеев Ю. Мощные СВЧ-резисторы: оценка предельных частотно-мощностных характеристик / Ю.Еремеев. И.Малышев, С.Симаков // Электронный журнал «Электроника. Наука. Технология. Бизнес». - 2010. -Вып. 5.

46. Унру Н.Э. Компьютерное моделирование микроволновых устройств : учеб. пособие / Н.Э. Унру. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. - 160 с.

47. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Учебное пособие для вузов. — Воскресенский Д.И., Грановская Р.А., Гостюхин В.Л., Филиппов В.С. и др. — Москва: Советское радио, 1972. — 320 с.

48. Кондрашов В.В. Задача автоматизации процесса лазерной подгонки плёночных резистивных элементов / В.В. Кондрашов // Вестник

Саратовского государственного технического университета - 2012. - №2 (64). - С. 207-214.

49. Хрусталев В.А. Широкополосные управляемые СВЧ устройства высокого уровня мощности : монография / В. А. Хрусталев, В. П. Разинкин, С.Ю. Матвеев. - : Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - 280 с.

50. Богомолов П.Г. Многокаскадные СВЧ-аттенюаторы на планарных пленочных резисторах / П. Г. Богомолов, В. П. Разинкин, В. А. Хрусталев, К. Я. Аубакиров // Успехи современной радиоэлектроники. -2016. - № 11. - С. 233-236.

51. Горбачев А.П. Синтез микроволновых устройств на связанных линиях передачи / А.П. Горбачев // монография - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. - 414 с.

52. Qiantao Cao. Failure analysis of TaN thin film resistors for microwave circuits / Qiantao Cao, Zhiming Song, Fei Wang, Bin Wang, Zhenguo Song, Yinglu Hu // 20th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits (IPFA) - 2013. - P.749-753.

53. Колмаков Я.А. Планарный СВЧ-фильтр с симметричной амплитудно-частотной характеристикой / Я.А. Колмаков, И.Б. Вендик // Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ. - Санкт-Петербург. - 2003. - С. 38-40.

54. Горбачев А.П. Многоканальные разделительно-суммирующие устройства для широкополосных систем связи / А.П. Горбачев, И.И. Потрясов // Электросвязь - 1996. - № 11. - С.34

55. Горбачев А.П. Широкополосные разделительно-суммирующие устройства на неоднородных линиях / А.П. Горбачев, А.Н. Романов, С.Г. Неверов // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т.28. № 1. - С.190

56. Morgan M. Theoretical and experimental study of a new class of reflectionless filter / M. Morgan, T. Boyd // IEEE Transactions on Microwave theory and techniques. - 2011. - Vol. 59, no. 5. - Р. 1214-1221

57. J. Chongjun. Reflectionless multichannel wavelength demultiplexer in a transmission resonator configuration, IEEE Journal of quantum electronics, vol. 39, no. 1, January 2003.

58. M. Morgan, Reflectionless filters, U.S. Patent No. 8,392,495, March 2013 & People's Republic of China Patent No. 201080014266.1, July 30, 2014.

59. Дроботун Н.Б. Микрополосковые многосекционные делители мощности СВЧ на связанных линиях / Н.Б. Дроботун, Н.Д. Малютин // Электронные средства и системы управления. - 2017. - №1-2. - С. 235-240.

60. Малютин Н.Д. Связанные полосковые линии и устройства на их основе / Н.Д. Малютин, А.Н. Сычев, Э.В. Семенов, А.Г. Лощилов. - 2012. -Томск, ТУСУР. - 176 с.

61. Стручков С.М. Методика измерения погонных параметров симметричных связанных линий / С.М. Стручков, А.Н. Сычев // Электронные средства и системы управления. - 2015. - №1-1. - С. 159-163.

62. Стручков С.М. Вычисление погонных параметров и частотных характеристик микрополосковых линий передач различных видов / С.М. Стручков, А.Н. Сычев // Электронные средства и системы управления. -2012. - №2. - С. 28-31.

63. Малютин Н.Д. Синтез полосковых устройств для аналоговой обработки сверхширокополосных сигналов / Н.Д. Малютин, А.Н. Сычев, Э.В. Семенов // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 1998. - №3. - С.95-102.

64. Demurie S.N. Parasitic capacitance effects of planar resistors / S.N. Demurie, G. De Mey // IEEE transactions on components, hybrids and manufacturing technology. Vol. 12. No. 3. September 1989. - P. 348-351.

65. Девятков Г.Н. Проектирование широкополосных согласующих устройств сверхвысоких частот: учеб.-метод. пособие / Г.Н.Девятков -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. - 67 с.

66. Akishin G. P.. Composition of beryllium oxide ceramics. / G. Р. Akishin, S.K.Turnaev, V.Ya. Vaispapir, V.S.Kiiko, I.R. Shein, E.D. Pletneva, M.N. Timofeeva, A.L. Ivanovskii// Refractories and Industrial Ceramics. - Vol. 51, No. 5, January, 2011. - P. 377-381.

67. Вольхин Д.И. Синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлений с заданной фазовой харктеристикой / Д.И. Вольхин, Г.Н.Девятков // Вопросы радиоэлектроники. - 2016. - № 4. - С. 77-81.

68. Беляев Б.А. Микрополосковый диплексер на двухмодовых резонаторах / Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев, Ю.Г. Шихов // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. - 1997. - № 2. - С.20.

69. Лексиков А.А. Миниатюрный полосковый диплексер на подвешенной подложке для радионавигационных систем ГЛОНАСС/ GPS / А.А. Лексиков, А.А. Лексиков, И.В. Говорун, Ф.О. Афонин, А.В. Угрюмов, А.В. Гребенников // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2015. -№10-3. - С.150-152.

70. Yun Wu. Microstrip wideband diplexer with narrow guard band based on all-resonator structures / Yun Wu, Yi Wang, E.A. Ogbodo // Proceedings of the 46th European Microwave Conference - London, UK, 2016. - P. 1163-1166.

71. Radonic V. Multilayer microwave diplexers based on dual-mode resonators for ISM/WIFI bands / V. Radonic, V. Crnojevic-Bengin, A. Baskakova, I. Vendik // Proceedings of 2014 Mediterranean Microwave Symposium, MMS 2014 - Marrakech, 12-14 декабря 2014 г. - P. 7088996.

72. Xilong Lu. Wideband superconducting diplexer with stepped-impedance cross-structure / Xilong Lu, Xubo Guo, Bisong Cao, Bin Wei, Xiaoping Zhang // Electronic letters. - Vol.50. No. 18. - August 2014. - P. 1324-1326.

73. Nai-Chuan Chuang. The film thickness effect on electrical conduction mechanisms and characteristics of the Ni-Cr thin film resistor. / Nai-Chuan Chuang, Jyi-Tsong Lin, Ting-Chang Chang, Tsung-Ming Tsai, Kuan-Chang

Chang, Chih-Wei Wu.. Journal of the electron devices society. Volume 4, № 6, November 2016.

74. Cano L. Ultra-wideband chip attenuator for precise noise measurements at cryogenic temperatures / L. Cano, N. Wadefalk, and D. Gallego-Puyol // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - Vol. 58, no. 9. - September 2010. - P. 2504-2510

75. Gibson A. A. P. Variational solution of lumped element and distributed electrical circuits / A. A. P. Gibson, B. M. Dillon.// Proc. IEE, pt. A, vol. 141, no. 5. - September 1994. - P. 323-328.

76. Tsitsos S. Variational solution of microwave circuits and structures / S. Tsitsos, N. Karamitsos, B. M. Dillon, and A. A. P. Gibson // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - Vol. 44, no. 3. - March 1996. - P. 460-462.

77. Qi Zhong. Design of single thin film resistor network as 20dB attenuator for DC-20GHz application / Qi Zhong, Xiaotong Liang, Zewen Liu // 16th International conference on electronic packaging technology. - 2015. - P. 297-300.

78. Ching-Wen Tang. A design of 3-dB wideband microstrip power divider with an ultra-wide isolated frequency band / Ching-Wen Tang, Jui-Ting Chen // IEEE transactions on microwave theory and techniques. Vol. 64, no. 6. - June 2016. - P. 1806-1811.

ПРИЛОЖЕНИЕ

недрения результатов диссертационной работы Савенкова Г. Г.

Мы, нижеподписавшиеся, начальник отдела цифровых устройств ООО НПП «Триада-ТВ» Половников A.C. и декан факультета РЭФ Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) д.т.н., профессор Хрустал ев В. А., настоящим актом подтверждаем, что в ходе совместного научно-технического сотрудничества по Госзаданию (шифр: 8.6847.2017/БЧ) были использованы следующие результаты диссертационной работы Савенкова Глеба Георгиевича.

Диссертантом были разработаны мостовой измеритель коэффициента стоячей волны и широкополосная эталонная нагрузка. Данное оборудование используется при настройке усилителей мощности телевизионной передающей аппаратуры цифрового стандарта DVB-T2 серии «Полярис ТВЦ». Эталонная нагрузка выполнена на основе многоэлементной структуры, которая содержит планарные пленочные резисторы, внешние согласующие цепи в виде чебышевского фильтра нижних частот и рассчитанные по методике диссертанта внутренние согласующие индуктивности. Коэффициент стоячей волны (КСВ) разработанного измерительного оборудования с входным сопротивлением 50 Ом не превышает 1,1 во всем диапазоне частот телевизионного вещания дециметрового диапазона. Для уменьшения погрешности определения КСВ в программном обеспечении цифрового индикатора была использована предложенная автором диссертации формула, учитывающая разброс значений сопротивления пленочных резисторов моста и конечную величину развязки смежных плеч направленного ответвителя.

Достоверность научных положений и использованных технических решений подтверждена различными режимами эксплуатации разработанного оборудования.

От НПП ООО «Триада-ТВ» Начальник отдела цифровых устройств

От НГТУ Декан РЭФ

Половников A.C.

Хрусталев В.А.

" 12" О 2 2018г.

Л/5" ¿V3 2018г.

«Утверждаю» Проректор по учебной работе ^сибирского государственного ^^Технического университета

проф. Брованов С.В. ?« 2018 г.

о внедрении в учебный процесс результатов диссертационной работы

Савенкова Глеба Георгиевича

Комиссия в составе A.A. Спектора, д.т.н., профессора, зав. кафедрой Теоретических основ радиотехники (ТОР), Л.Г. Зотова, к.т.н., доцента кафедры ТОР, Ю.В. Морозова, к.т.н., доцента кафедры ТОР, составила настоящий акт о нижеследующем.

1. На кафедре ТОР факультета Радиотехники и электроники в период с 2015 г. по 2018 г. в ходе прохождения педагогической практики аспирантом Савенковым на основе результатов диссертационного исследования было разработано и использовано в учебном процессе программное обеспечение для лабораторных работ по курсам «Синтез линейных электрических цепей» и «Телевизионные системы и устройства». Указанные курсы входят в рабочие программы, составленные в соответствии со стандартом третьего поколения по направлению подготовки 11.04.01 - Радиотехника и 11.04.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи. Лабораторные занятия проводятся в терминальном классе кафедры ТОР.

2. Основные положения научных исследований Савенкова Г.Г. были использованы при формировании актуальной тематики выпускных квалификационных работ по указанным выше направлениям подготовки бакалавров и магистрантов, а также активизации публикационной активности студентов.

Л.Г. Зотов

A.A. Спекто]

Ю.В. Морозов