Н.Н. Щетинин1, А.В. Останков2, Е.В. Черноярова3, Ю.Е. Калинин4

1 ФКОУ ВО «Воронежский институт ФСИН России» (г. Воронеж, Россия)

2,4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)

3 Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Широкое распространение микрополосковых шлейфных структур различных конфигураций для формирования топологий многополюсных микроволновых устройств обуславливает актуальность исследований частотных свойств и топологических особенностей их построения, определяющих амплитудно- и фазочастотные характеристики, а также габаритные показатели микрополоскового радиотехнического устройства.

Цель. Провести исследование частотных характеристик Т- и П-образных шлейфных конфигураций, реализованных на основе высокоомных и низкоомных отрезков микрополосковых линий передачи, позволяющих конфигурировать малогабаритные топологии многополюсных устройств с приемлемыми электрическими характеристиками.

Результаты. Исследован ряд базовых топологий шлейфных структур, предназначенных для функционирования в заданных полосах частот. С помощью электродинамического моделирования и параметрической оптимизации по ряду критериев (заданному волновому сопротивлению, фазовому набегу, коэффициенту отражения) определены необходимые геометрические размеры модифицированных топологий. Установлена зависимость полосы частот от геометрических размеров низкоомного шлейфа Т-секции. По уровню -20 дБ от максимума коэффициента отражения определены и сопоставлены значения ширины частотной полосы двух разновидностей Т-структур – симметричной и встречно-штыревой. Показано, что П-образная секция характеризуется увеличенной полосой частот за счет лучшего согласования, но ее геометрические размеры превышают размеры базовых Т-структур.

Практическая значимость. Исследованные модифицированные микрополосковые шлейфные структуры в ряде случаев способны эффективно заменять четвертьволновые отрезки линий передачи, на основе которых формируется большинство микроволновых устройств (направленные ответвители, делители-сумматоры мощности, электрические фильтры, фазовращатели, кроссоверы и т.д.). Применение комбинаций Т- и П-образных структур обеспечивает значительное уменьшение площади микрополосковых устройств, предназначенных для функционирования в УВЧ- и СВЧ-диапазонах.

Щетинин Н.Н., Останков А.В., Черноярова Е.В., Калинин Ю.Е. Обеспечение рабочих характеристик модифицированных микрополосковых шлейфов в полосе частот // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 8. С. 28-35. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202308-05

1. Летавин Д.А. Миниатюрные конструкции микрополосковых мостовых устройств // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. № 2. С. 917-921.
2. Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковые направленные ответвители УВЧ- и СВЧ-диапазонов // Радиостроение. 2017. № 5. С. 1-37.
3. Останков А.В., Кострова В.Н., Щетинин Н.Н., Разинкин К.А. Модификации направленных ответвителей с малоразмерными шлейфами нестандартной конфигурации // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 6(12). С. 49-57. DOI: 10.18127/j00338486-202006(12)-09/
4. http://www.keysight.com/us/en/home.html.
5. https://www.3ds.com/ru/produkty-i-uslugi/simulia/produkty/cst-studio-suite.
6. https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss.
7. Летавин Д.А. Миниатюризация квадратурных шлейфных направленных ответвителей // Журнал радиоэлектроники. 2021. № 2. С. 1-22.
8. Останков А.В., Щетинин Н.Н., Бокова Е.А., Плотников А.Е. Модификация микрополоскового делителя-сумматора мощности Гизеля // Cб. мат. Всеросс. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС». Воронеж. 2021. С. 170-172.
9. Letavin D.A. Two methods for miniaturization of stub quadrature couplers // Journal of Communications Technology and Electronics. 2018. V. 63. № 8. P. 933-935.
10. Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковый направленный ответвитель, выполненный на основе отрезков искусственных длинных линий // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер. Естественные и технические науки. 2016. № 1. С. 23-25.
11. Wang C-W., Ma T-G., Yang C-F. A new planar artificial transmission line and its applications to a miniaturized Butler matrix // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2007. V. 55. P. 2792-2801.
12. Harrington R.F. Field computation by moment method. Macmillan. 1968. 240 p.
13. Никольский В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики. М.: Наука. 1967. 460 с.
14. Григорьев А.Д. Методы вычислительной электродинамики. М.: Физматлит. 2012. 232 с.
15. Летавин Д.А. Миниатюризация делителей мощности УВЧ-диапазона. М.: ИД академии естествознания. 2022. 138 с.
16. Останков А.В., Щетинин Н.Н., Дашян С.Ю. Частотные характеристики модифицированных микрополосковых шлейфов, эквивалентных четвертьволновым отрезкам // Вестник ВГТУ. 2022. Т. 18. № 3. С. 51-56.
17. Щетинин Н.Н., Останков А.В., Воробьева Е.И. Математическая модель для проектирования микрополоскового направленного ответвителя на квазисосредоточенных элементах // Вестник ВГТУ. 2014. Т. 10. № 3-1. С. 66-70.
18. Останков А.В., Щетинин Н.Н., Дашян С.Ю. Методика проектирования микрополосковых направленных ответвителей на встречно-штыревых структурах // Вестник ВГТУ. 2020. Т. 16. № 4. С. 70-75.
19. Щетинин Н.Н., Останков А.В., Мельник В.А. Реализация планарного элемента топологии микрополоскового устройства по заданной емкости в схеме замещения // Сб. тр. XXV Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2019. С. 50-55.