М.Р. Кириллова1, Ю.В. Раевская2, В.А. Редькина3, Т.С. Рыжакова4

1 ООО «Радио Гигабит» (г. Н. Новгород, Россия)

2–4 Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Н. Новгород, Россия)

Постановка проблемы. Для создания радиоэлектронной аппаратуры нового поколения, обеспечивающей корректное измерение частотных характеристик и параметров устройств в сверхширокой рабочей полосе частот, необходимы малогабаритные и простые в изготовлении направленные ответвители (НО) с улучшенными электрическими характеристиками в широком диапазоне рабочих частот. Поэтому перспективным направлением является разработка микрополосковых НО.

Цель. Смоделировать НО Ланге в диапазоне СВЧ (3–30 ГГц) с максимально возможным перекрытием по частоте, неравномерностью АЧХ не хуже ±1 дБ, возвратными потерями не более –10 дБ и разностью фаз 90±5°.

Результаты. Рассмотрены возможные варианты построения полосковых НО Ланге. Выбраны конструкции, перспективные с точки зрения повышения широкополосности. С помощью программного пакета CST Microwave Studio проведено моделирование стандартной конструкции НО Ланге, нескольких НО Ланге с внесенными модификациями, экранированной структуры и конструкции с подключенным резистором.

Практическая значимость. Выбрана наиболее подходящая модификация структуры для увеличения широкополосности – конструкция НО с подвешенной подложкой. Показана возможность получения удовлетворительных характеристик устройства в диапазоне частот 4,4–26,1 ГГц.

Кириллова М.Р., Раевская Ю.В., Редькина В.А., Рыжакова Т.С. Компьютерное моделирование направленного ответвителя Ланге с максимально возможным перекрытием по частоте // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 10. С. 67–81. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202210-07

1. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование / Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1990.
2. Lange J. Interdigitated stripline quadrature hybrid // IEEE Trans. Dec. 1969. 17(11). 1150-1.
3. Мальцев П.С., Федоркова Н.В. Исследование наноразмерных пленочных структур для микрополосковых устройств миллиметрового диапазона // Радиооптика: МГТУ им. Н.Э. Баумана, электрон. журн. 2015. № 4. С. 1–7.
4. Коновалов С.С., Абрамова Е.Г. Разработка направленного ответвителя на диапазон частот 2–4 ГГц на основе связанных симметричных линий, выполненного в объеме многослойной подложки из низкотемпературной керамики // Техника радиосвязи: сб. статей. Омск. 2013. Вып. 1 (19). С. 68–73.
5. Щетинин Н.Н., Чепелев М.Ю. Моделирование микрополосковых направленных ответвителей для матрицы батлера диапазона 2,3–2,7 ГГц // Воронеж: ФСИН России. 2014. № 2. С. 15–18.
6. Досанов А.М., Бабак Л.И. Разработка квадратурного моста на основе 130 нм SiGe-технологий для X-диапазона // Проектирование и эксплуатация радиоэлектронных средств: сб. статей. Томск. 2019. С. 25–27.
7. Белоусов А.А., Старинова Т.В. Направленный ответвитель диапазона 3–18 ГГц // Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем: сб. статей. Омск. 2020. С. 19–26.
8. Фарафонов А.Ю., Фурманова Н.И. Исследование влияния параметров перемычек на характеристики микрополоскового ответвителя Ланге // Техника радиосвязи: сб. статей. Харьков: Харьковский национальный университет радиоэлектроники. 2012. Вып. 170. С. 7–13.
9. Кручинин И.В., Левашов А.В., Брызгалов А.А. Широкополосный МШУ диапазона 2–18 ГГц // АО «НПП Салют-25», г. Н. Новгород.
10. Hayashi H. Tandem Lange 3-dB 90° Hybrid Implemented on FR4 Substrate // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. June 2003. V. 13. № 6. P. 214–216.
11. Liao Y. Miniaturized Lange Bridge Design for 5G Millimeter Waves Communication // IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband. 2016.
12. Janisz K. Compensated 3-dB Lange Directional Coupler in Suspended Microstrip Techniqueс // IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband. 2017.
13. Xu Q. Design and Realization of Compact Folded Lange Coupler // IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband. 2012.
14. Калинин Ю.Е., Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковый двухшлейфный направленный ответитель со специальными характеристиками // Антенны. 2016. № 6. С. 44–49.
15. Бондаренко А.С., Мещанов В.П., Шикова Л.В. Сверхширокополосные направленные ответвители, не содержащие скачкообразных неоднородностей // Антенны. 2011. № 11. С. 31–35.
16. Wane S. Integration of Lange Couplers in SiGe BiCMOS Technology for RF and mm-Wave Applications // 45th European Microwave Conference. P. 44–47. Sept 2015.
17. Carchon G. Design of CPW Lange Couplers in Multi-Layer Thin-Film MCM-D // presented at Int. Conf on High Density Interconnect and Systems Packaging, Denver, Colorado. 2000. P. 196–201.
18. Sachse K. Theoretical and experimental investigations of a bilevel ‘lange’ coupler // Wroclaw University of Technology, Institute of Telecommunication and Acoustics, Wyb. Wyspianskiego 27, 50-370 Wroclaw, Poland. 2001.
19. Панков С.В. Особенности проектирования широкополосных полосковых ответвителей // Техника средств связи. Сер.
    Радиоизмерительная техника. М.: Книжный мир. 1985.
20. Wang Z. A Novel Waveguide to Microstrip Transition in Millimeter-Wave LTCC Module // IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation, and EMC Technologies for Wireless Communications. 2007. P. 340–343. DOI: 10.1109/MAPE.2007.4393616
21. Deslandes D., Ke Wu Accurate modeling, wave mechanisms, and design considerations of a substrate integrated waveguide // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2006. V. 54. № 6. P. 2516–2526. Doi:10.1109/tmtt.2006.875807.