Кольцевые делители-сумматоры мощности СВЧ диапазона с расширенной полосой рабочих частот
Делители-сумматоры мощности (ДСМ) относятся к простейшим и вместе с тем базовым устройствам, которые применяются в СВЧ технике в составе систем распределения сигнала в сложной аппаратуре, антенных диаграммо-образующих матриц, балансных усилителей мощности, смесителей, фазовращателей отражательного типа, амплитудных модуляторов, аттенюаторов и ряда других устройств. Поэтому выявление новых… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Состояние вопроса проектирования кольцевых делителей-сумматоров мощности
- 1. 1. Современные достижения в области создания ДСМ
- 1. 2. Традиционные и структурные схемы кольцевых ДСМ, сводка основных расчетных соотношений
- 1. 3. Кольцевые ДСМ, их реализация на основе ОИС СВЧ, основные характеристики и методы расширения полосы частот
- 1. 4. Выводы
- Глава 2. Расширение полосы частот кольцевых делителей-сумматоров мощности с помощью согласующих цепей
- 2. 1. Принцип формирования согласующих цепей на входах КДСМ
- 2. 2. Ширина полосы частот КДСМ с согласующими цепями
- 2. 3. Согласование входов двухшлейфного квадратурного делителя мощности
- 2. 4. Другие схемы фильтрующе-трансформирующих цепей
- A. Полосно-пропускающий фильтр с четвертьволновыми шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями
- Б. Схема с четвертьволновыми шлейфами и полуволновыми соединительными линиями
- B. Многосекционные четвертьволновые трансформаторы
- Г. Некратные схемы
- 2. 5. Структурные эквивалентные схемы (СЭС) и выбор типа КДСМ с ФТЦ
- Выводы
- Глава 3. Схемная реализация кольцевых мостов с неравным делением мощности в выходных плечах и полосно-расширяющими цепями
- 3. 1. Шлейфные квадратурные мосты с эквивалентными Т-секциями, заменяющими четвертьволновые отрезки длинных линий
- A. Т-секция, эквивалентная отрезку длинной линии
- Б. Двухшлейфный квадратурный мост
- B. Трехшлейфный квадратурный мост
- 3. 2. ШКМ с полосно-расширяющими цепями
- А. Четвертьволновый трансформатор
- Б. Согласующая цепь на секциях связанных линий передачи
- 3. 3. Двухканальный синфазный делитель мощности с расширенной полосой частот по развязке
- 3. 4. Особенности реализации синфазных делителей с неравным отношением мощностей в выходных плечах
- A. СДМУ с равным делением мощности в выходных плечах М = 1 (0 дБ)
- Б. СДМУ с отношением мощности в выходных плечах М = 2 (3 дБ)
- B. СДМУ с отношением мощности в выходных М = 4 (6 дБ)
- Г. СДМУ с отношением мощности в выходных плечах М = 10 (10 дБ)
- 3. 5. Делители-сумматоры среднего и высокого уровня мощности для диапазона УКВ
- Выводы
- Глава 4. Моделирование ДСМ с помощью программных пакетов М^О и 1ЕЗО, результаты экспериментальных исследований
- 4. 1. ШКМ с ФТЦ типа «ласточкин хвост»
- A. ШКМ с двухзвенной ФТЦ типа «ласточкин хвост»
- Б. Пример проектирования ШКМ с однозвенной ФТЦ типа ЛХ с помощью программного комплекса AWR
- B. Моделирование ШКМ с ФТЦ, сформированнами четвертьволновыми и полуволновыми шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями
- 4. 2. Трехшлейфный квадратурный делитель-сумматор мощности
4.3. Сочетание методов синтеза параметров ДСМ с помощью соотношений, полученных во 2-й и 3-й главах, и методов анализа и оптимизации характеристик СВЧ устройств с использованием средств программного комплекса AWR.
4.4. Экспериментальное исследование макетов широкополосных ДСМ
A. Трехшлейфный квадратурный делитель мощности.
Б. Двухшлейфный квадратурный делитель с ФТЦ типа «Ласточкин хвост».
B. Двухшлейфный квадратурный делитель с закороченными на концах секциями.
Выводы.
Основные результаты работы.
Список литературы
- Кузовкин H.H., Петров A.C. Миниатюрные СВЧ устройства деления-суммирования мощности (Обзор) // Успехи современной радиоэлектроники, 2004, № 12, с. 12—46.
- Cohn S.B., Levy R. History of Microwave Passive Components with Particular Attention to Directional Couplers // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1984. V. MTT-32. N. 9. P. 1046−1054.
- Кац Б.М., Мещанов В. П., Карамзина B.B. Делители мощности СВЧ. -М.: ЦНИИ Электроника, Обзоры по электронной технике, 1988. -36 с.
- Сазонов Д.М., Гридин А. Н., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ. — М.: Высш. Школа, 1981.-295 с.
- Модель З. И .Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний-М.: Сов. радио, 1980 -296 с.
- Гвоздев В.И., Нефедов Е. И. «Объемные интегральные схемы СВЧ.» М.: Наука, 1985. — 256 с.
- Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50−0мная техника, Пер. с нем.- М.: 1990. — 256 с.
- А.Л.Фелъдштейн Справочник по элементам полосковой техники -М.: Связь.-1979.-336 с.
- Зелях Э.В., Фельдштейн А. Л., Явич JI.P., Брилон B.C. Миниатюрные устройства УВЧ и ОВЧ диапазонов на отрезках линий. -М.: Радио и связь, 1989. -112 с.
- Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. -М.: Связь, Т.1. 1971. 439 с.
- Печурин В.А., Петров А. С. Делители-сумматоры мощности СВЧ диапазона// Успехи современной радиоэлектроники, 2010, № 2, с. 5−42.
- Woo D.J., Lee T.K. Suppression of harmonics in Wilkinson power divider using dual-band rejection // IEE Trans. 2005. V. MTT-53, № 6, pp. 2139−2144.
- Wu L., Sun Z, Yilmaz H., Berroth M. A dual-frequency Wilkinson power divider// IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 1, pp. 278−284.
- Monzon C. A small dual-frequency transformer in two section// IEEE Trans. 2003., V. MTT-51, № 4, pp. 1157−1161.
- Cheng K.-K.M, Law C. A novel approach to the design and implementation of dual-band power divider// IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 2, pp. 487−492.
- Horst S., Bairavasubramanian R., Tentzeris M.M., Papapolymerou J. Modified Wilkinson power dividers for millimeter-wave integrated circuits // IEEE Trans. 2007. V. MTT-55, № 11, pp. 2439−2446
- Park M-J. Dual-band Wilkinson divider with coupled output port extensions// IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 9, pp. 2232−2237.
- Wu Y., Liu Y., Zhang Y., Gao J., Zhou H. A dual band unequal Wilkinson power divider without reactive components // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 1, pp. 216−222.
- Oraizi H., Ali-Reza Sharifi A.R. Design and optimization of broadband asymmetrical multisection Wilkinson power divider // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 5, pp. 2220−2231.
- Cohn S. B. A new class of broadband three-port TEM-mode hybrids // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1968. V. MTT-16, N. 2. P. 110−116.
- Lee S.-W., Kim C.-S., Choi K. S., Park J.-S., Ahn D. A general design formula of multi-section power divider based on singly terminated filter design theory // 2001 MTT-S International Microwave Symposium Digest. Vol. II. P. 1297−1300.
- Ooi B.L. Compact EBG in-phase hybrid-ring equal power divider // IEEE Trans. 2005. V. MTT-53, № 7, pp. 2329−2334.
- Palei W., Leong M. S., «Broad-banding technique for in-phase hybrid ring equal power divider,» IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 50, no. 7, pp. 1790−1794, Jul. 2002.
- Маппыров В.Д., Печурин В. А., Петров А. С. Двухканальный синфазный делитель мощности с расширенной полосой частот по развязке // Радиотехника, 2009, с. 57−59.
- Чон К.—Х., Петров А. С. Идеальные делители тока и напряжения в симметричных многоканальных СВЧ устройствах распределения мощности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2001. Т.6. № 2−3. С.54−63.
- Кузовкин КН., Петров А. С. Схемы-прототипы 4-плечных гибридных кольцевых делителей мощности // Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49, № 8. с. 919−926
- Tang С. W., Chen M. G Design of multipassband microstrip branch-line couplers with open stubs // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 1, pp. 196−204.
- Hsu C.L., Kuo J.Т., Chang C.W. Miniaturized dual-band hybrid couplers with arbitrary power division ratios // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 1, pp. 149−156.
- Eccleston K.W., Sebastian H.M. Ong S.H.M., Compact planar microstripline branch-line and rat-race couplers // IEEE Trans. 2003. V. MTT-51, № 10, pp. 2119−2125.
- Cheng K.-K.M., Wong F.L. A novel approach to the design and implementation of dual-band compact planar 90 branch-line coupler // IEEE Trans. 2004. V. MTT-52, № 11, pp. 2458−2463.
- Tang C. W., Chen M. G. Synthesizing microstrip branch-line couplers with predetermined compact size and bandwidth // IEEE Trans. 2007. V. MTT-55, № 9, pp. 1926−1934
- Jung S.C., Negra R., Ghannouchi F.M. A design methodology for miniaturized 3-dB branch-line hybrid couplers using distributed capacitorsprinted in the inner area // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 12, pp. 29 502 953.
- Zheng S.Y., Yeung S.H., Chan W.S., Man K.M., Leung S.H., Xue Q. Dual-Band Rectangular Patch Hybrid Coupler // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 1, pp. 1721−1728.
- Chi C.H., Chang C.Y. A new class of wideband multisection 180 hybrid rings using vertically installed planar couplers // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 6, pp. 2478−2486.
- Ahn H-R, Kim B. Small wideband coupled-line ring hybrids with no restriction on coupling power// IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 7, pp. 18 061 817.
- Ghali H., Moselhy T.A. Miniaturized fractal rat-race, branch-line, and coupled-line hybrids // IEEE Trans. 2004. V. MTT-52, № 11, pp. 2513−2520
- Liao S.S., Peng J.T. Compact planar microstrip branch-line couplers using the quasi-lumped elements approach with nonsymmetrical and symmetrical T-shaped structure // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 9, pp. 3508−3514.
- Pedro de Paco, Verdu J., Menendez O., Corrales E. Branch-line coupler based on edge-coupled parallel lines with improved balanced response // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 12, pp. 2936−2941.
- Fathelbab W.M. The synthesis of a class of branch-line directional couplers // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 8, pp. 1985−1994.
- Lourandakis E., Schmidt M., Seitz S., Weigel R. Reduced size frequency agile microwave circuits using ferroelectric thin-film varactors // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 12, pp. 3093−3099.
- Кузовкин И.Н., Петров А. С. Микрополосковый шлейфный квадратурный мост, оптимизированный в сетке прямоугольной декартовой системы координат // Радиотехника, 2005, № 10, с. 109—114.
- Кузовкин И.Н., Петров А. С., Смирнова Е. В. Управление характеристиками СВЧ делителей мощности, реализованных начетвертьволновых отрезках линий передачи // Радиотехника, 2006, № 12, с. 71−75.
- Печурин В.А., Петров А. С. Квадратурные делители-сумматоры среднего и высокого уровня мощности для диапазона УКВ // Успехи современной радиоэлектроники, 2009, № 10, с. 59 — 62.
- Okabe Н., Caloz С., Itoh Т. A compact enhanced-bandwidth hybrid ring using an artificial lumped-element left-handed transmission-line section // IEEE Trans. 2004. V. MTT-52, № 3, pp. 798−804.
- Сазонов Д. M., Гридин A. H. Техника СВЧ. Конспект лекций для студентов дневного и вечернего отделения радиотехнического факультета // М.: МЭИ, 1971. 315 с.
- Lin I.L., DeVincentis М., Caloz С., Itoh Т. Arbitrary dual-band components using composite right/left-handed transmission lines // IEEE Trans. 2004. V. MTT-52, № 4, pp. 1142−1149.
- Chi P-L., Itoh Т., Fellow L. Miniaturized dual-band directional couplers using composite right/left-handed transmission structures and their applications in beam pattern diversity system // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 5, pp. 1207−1215.
- Caloz C., Sanada A. Itoh T. A Novel composite right-/left-handed coupled-line directional coupler with arbitrary coupling level and broad bandwidth // IEEE Trans. 2004. V. MTT-52, № 3, pp. 980−992
- Kuylenstierna D., Gunnarsson S.E., Zirath H. Lumped-element quadrature power splitters using mixed right/left-handed transmission lines // IEEE Trans. 2005. V. MTT-53, № 8, pp. 2616−2621.
- Phromloungsri R., Chongcheawchamnan M, «A high directivity design using an inductive compensation technique,» in Asia—Pacific Microw. Conf., Dec. 2005, pp. 2840−2843.
- Phromloungsri R., Chongcheawchamnan M., Robertson I.D. Inductively compensated parallel coupled microstrip lines and their applications // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 9, pp. 3571−3582
- M. Dydyk Accurate design of microstrip directional couplers with capacitive compensation // IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., May 1990, pp. 581−584.
- S.L. March Phase velocity compensation in parallel-coupled microstrip // IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Jun. 1982, pp. 581−584
- Chiu J.C., Lin C.M., Wang Y.H. A 3-dB Quadrature Coupler Suitable for PCB Circuit Design // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 9, pp. 3521−3525.
- Chin K.S., Ma M.C., Chen Y.P., Chiang Y.C. Closed-form equations of conventional microstrip couplers applied to design couplers and filters constructed with floating-plate overlay // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 5, pp. 1172−1179.
- Gruszczynski S., Wincza K., Sachse K. Design of compensated coupled-stripline 3-dB directional couplers, phase shifters, and Magic-T's— Part I: Single-section coupled-line circuits // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 11, pp. 3986−3994.
- Gruszczynski S., Wincza K., Sachse K. Design of compensated coupled-stripline 3-dB directional couplers, phase shifters, and Magic-T's— Part II: Broadband coupled-line circuits // IEEE Trans. 2006. V. MTT-54, № 9, pp. 3501−3507.
- Avrillon S., Pele I., Chousseaud A., Toutain S. Dual-band power divider based on semiloop stepped-impedance resonators // IEEE Trans. 2003. V. MTT-51, № 4, pp. 1269−1273.
- Zheng S.H., Yeung S.H., Chan W.S., Man K.F., Leung S.H. Size-reduced rectangular patch hybrid coupler using patterned ground plane // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 1, pp. 180−188.
- Abbosh A.M. Design of ultra-wideband three-way arbitrary power dividers // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 1, pp. 194−201.
- Lap K. Yeung L.K., Wang Y.E. A Novel 180 hybrid using broadside-coupled asymmetric coplanar striplines // IEEE Trans. 2007. V. MTT-55, № 12, pp. 2635−2630.
- Napijalo V., Kearns В. Multilayer 180 coupled line hybrid coupler // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 11, pp. 2525−2535.
- U-yen K., J. Wollack E.J., Papapolymerou J., JLaskar J. A broadband planar Magic-T using microstrip-slotline transitions // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 1, pp. 172−177.
- Llamas M.A., Ribo M., Girbau D., Pradell L A rigorous multimodal analysis and design procedure of a uniplanar 180 hybrid // IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 7, pp. 1832−1839.
- Yun Y. A Novel microstrip-line structure employing a periodically perforated ground metal and its application to highly miniaturized and low-impedance passive components fabricated on GaAs MMIC // IEEE Trans. 2005. V. MTT-53, № 6, pp. 1951−1959.
- Chin T-Y., Wu J-C., Chang S-F, Chang C-C. Compact S-/Ka-Band CMOS quadrature hybrids with high phase balance based on multilayer transformer over-coupling technique I I IEEE Trans. 2009. V. MTT-57, № 3, pp. 708−715.
- Tseng S.C., Meng С., Chang C.H., Chang S.H., Huang G.W. A silicon monolithic phase-inverter rat-race coupler using spiral coplanar striplines and its application in a broadband gilbert mixer // IEEE Trans. 2008. V. MTT-56, № 8, pp. 1879−1888.
- Hettak K., Morin G.A., Stubbs M.G. Compact MMIC CPW and asymmetric CPS branch-line couplers and Wilkinson dividers using shunt and series stub loading // IEEE Trans. 2005. V. MTT-53, № 5, pp. 1624−1635.
- Петров A.C., Печурин В. А. Расширение полосы частот кольцевых делителей-сумматоров мощности с помощью согласующих цепей// Радиотехника и электроника, 2010, том 55, № 3, с. 312−323.
- Разевиг В.Д., Потапов Ю. В., Курушин А. А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. — М.: СОЛОН — Пресс. -496 с
- Podell A.F. Some magic tees with 2 to 3 octaves bandwidth // Microwave Symp. 1969, G-MTT Int., pp. 317−319.
- Rehnmark S. Wide-Band Balanced Line Microwave Hybrids // IEEE Trans. 1977. V. MTT-25, №.10, pp. 825−830.
- Riblet G.P. A Directional Coupler with Very Flat Coupling // IEEE Trans. 1978. T-MTT, № 26, pp. 70−74
- Levy R., Lind L.F. Synthesis of Symmetrical Branch-Guide Directional Couplers I I IEEE Trans. 1968. V. MTT-16, № 2, pp. 80−89.
- Lind L.F. Synthesis of Asymmetrical Branch-Guide Directional Coupler-Impedance Transformers (Correspondence) // IEEE Trans. 1969 V. MTT-17,№ 1, pp. 45−48.
- A. M. Muraguchi, T. Yukitake, Y. Naito. Optimum Design of 3-dB Branch-Line Couplers Using Microstrip Lines (Short Papers) // IEEE Trans. 1983. T-MTT, № 31, pp. 674−678
- Кузовкин КН., Петров А. С., Смирнова E.B. Резонансные свойства четвертьволнового трансформатора // Радиотехника, 2007, № 8, с. 52 — 55.
- Tripathi V.K. Asymmetric coupled transmission lines in an inhomogeneous medium // IEEE Trans. 1975. V. MTT-23, № 9, pp. 734−739.
- Schwindt R., Nguyen C., Spectral domain analysis of three symmetric coupled lines and application to new bandpass filter // IEEE Trans. 1994. V. MTT-42, № 7, pp. 1183−1189.
- Shimizu J.K., Jones E.M.T. Coupled transmission-line directional couplers // IRE Trans. 1958. V. MTT-6. № 4, pp. 403−411.
- Cristal E.G., Young L. Theory and Tables of Optimum Symmetrical TEM-Mode Coupled-Transmission-Line Directional Couplers // IEEE Trans. 1965. V. MTT-13. №.5, pp. 544−558.83. www.sageiabs.com // Product specification, hybrids, 3db quadrature.
- Курушин A.A. Особенности программы электромагнитного моделирования IE3D //EDA Express, 2004, № 10, с.19−24.
- Гупта К, Гардж Р., Чахда Р. Машинное проектирование СВЧ устройств // М.: Радио и связь, 1987, 432 с.
- Печурин В.А. Оптимизационный синтез 3-пшейфного квадратурного делителя мощности // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2010. с. 251
- Печурин В.А. Сравнение расчетных и экспериментальных характеристик МПЛ фильтра, изготовленного на диэлектрике Rogers // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2009. с. 183.
- Дмитриев Е.Е. Сравнение характеристик фильтров, полученных при анализе в программах Microwave Office и Zeland IE3D, с макетом // EDA Express, 2005, № 12, с.12−13.
- Печурин В.А., Петров A.C. Резистивные делители-сумматоры мощности // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств/ Под ред. JT.H. Кечиева. -М.: МИЭМ, 2008. — с. 154−157.
- Косякин C.B., Печурин В. А., Кобузев А.Н, Петров А. С Синтез планарных СВЧ фильтров // XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация навигация связь». Сборник докладов. -Воронеж.: НПФ «САКВОЕЕ» ООО, 2010. с. 1626−1632.
- Печурин В.А. Коммутируемая линия задержки СВЧ сигнала// Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2008. с. 305−306.
- Печурин В.А. Влияние разброса параметров микрополоскового фильтра на частотные характеристики// Научно-техническаяконференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2009. с. 182.
- Косякин C.B., Печурин В. А., Кобузев А.Н, Восьмиканальный коммутируемый полосно-пропускающий фильтр СВЧ диапазона// Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств/ Под ред. Л. Н. Кечиева. -М.: МИЭМ, 2009. с. 126−130.
- Косякин C.B., Печурин В. А., Синтез широкополосных микрополосковых полосно-пропускающих СВЧ фильтров // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2010. с. 252.
- Петров A.C., Печурин В. А., Тегелъ С. А. Моноимпульсная антенная система наземного пункта управления БПЛА // Информационно-измерительные и управляющие системы, № 7, т.7, 2009, с. 74−80.
- В приводимых ниже приложениях дано краткое описание макетных образов диаграммо-образующих схем (ДОС), разработанных соискателем, а также приведены их характеристики.