Широкополосная селективная поглощающая цепь согласования сопротивлений с высоким коэффициентом трансформации

А.В. Баранов; А.Л. Козиков

doi:10.18127/j15604128-202103-04

Широкополосная селективная поглощающая цепь согласования сопротивлений с высоким коэффициентом трансформации

А.В. Баранов¹, А.Л. Козиков²

научная статья УДК 621.372.54 Страницы: 27-36 doi.org/10.18127/j15604128-202103-04

^1,2 ОАО «НПП «Салют» (г. Н. Новгород, Россия)

Ключевые слова: Поглощающий фильтр-трансформатор электрическая и магнитная связи

Аннотация

Постановка проблемы. Для согласования трансформируемых сопротивлений в литературе описаны различные способы, в которых применяются реактивные, диссипативные и комбинированные цепи. Работа таких цепей возможна либо в широком диапазоне частот, но в одинаковых стандартных трактах, либо в узком диапазоне частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации. К сожалению, при помощи известных способов нельзя согласовать сопротивления с высоким коэффициентом трансформации и одновременно обеспечить работу цепи в широкой полосе рабочих частот.

Цель. Исследовать возможности расширения полосы рабочих частот селективной поглощающей цепи согласования сопротивлений с высоким коэффициентом трансформации.

Результаты. Для типового фильтра верхних частот (ФВЧ) поглощательного типа определены коэффициенты отражения двух его эквивалентных схем при работе в четном и нечетном режимах возбуждения. С их помощью для данного устройства найдены частотные зависимости коэффициентов передачи, а также передаточные функции комплексной частоты. Установлено, что такой ФВЧ имеет узкую полосу рабочих частот при согласовании сопротивлений с высоким коэффициентом трансформации. Рассмотрены возможные пути расширения полосы частот за счет введения в это устройство дополнительных электрической и магнитной связей. Исследован поглощающий фильтр-трансформатор с дополнительной электромагнитной связью. Получены соотношения для расчета его основных элементов схемы. Установлено, что электромагнитная связь расширяет диапазон рабочих частот данного устройства. Так, при коэффициенте магнитной связи k, стремящемся к 1, диапазон рабочих частот может быть расширен в 1 1k2 раз. Полученные теоретические выводы полностью подтверждены экспериментальными результатами.

Практическая значимость. Проведенные исследования поглощающих фильтров-трансформаторов подтверждает возможность расширения полосы рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.

Поступила: 27.04.2021
Одобрена: 25.05.2021
Принята: 18.06.2021

Для цитирования

Баранов А.В., Козиков А.Л. Широкополосная селективная поглощающая цепь согласования сопротивлений с высоким коэффициентом трансформации // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 2. С. 27−36. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202103-04

Список источников

Фано Р.М. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов / Пер. с англ. М.: Сов. радио. 1965. 70 с.
Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства. М.: Связь. 1978. 256 с.
Ceylan O., Pires S., Marco L. Refine biasing networks for high PA low-frequency stability [Электронный ресурс] // Microwave and RF. April 2018. MWRF.com. URL = https://www.researchgate.net/publication/325101221.
White P.E. Stability considerations when designing microwave power amplifiers [Электронный ресурс] // CDIAN001. CDI Website Design Resources page. Component Distributors, Inc, RF/Microwave. URL = http: // www.rf.cdiweb.com.
Когай А.В., Шишкин Д.А., Арыков В.С., Ерофеев Е.В. Разработка монолитных интегральных GaAs усилителей мощности // АО «Научно-производственная фирма «Микран». 2016. 091-095.pdf. URL = http://www.mwelectronics.ru.
Привер Э.Л. Об аналитическом решении задачи шлейфного согласования произвольной нагрузки с линией передачи // Труды (девятой) научной конф. по радиофизике «Факультет–ровесник Победы». Нижний Новгород. 07.05.2005. Нижний Новгород: ТАЛАМ. 2005. С. 149−150.
Привер Э.Л. Обобщенный метод синтеза и расчета схем простейших распределенных согласующих цепей СВЧ // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2009. № 4. С. 64−67.
Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи / Под ред. Алексеева Л.В., Кушнира Ф.В. М.: Связь. 1971. Т. 1. 440 с.
Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1990. 288 с.
Чижов А.И. Метод крайних импедансов в исследовании СВЧ-цепей. М.: Радиотехника. 2014. 200 с.
Patent № US8392495B2. МПК 2006.01 GО6 G 7/02. Reflectionless filters / Morgan M.A. March 5. 2013.
Morgan M.A. Thinking outside the band: Absorptive filtering [Электронный ресурс] // National Radio Astronomy Observatory. March 2012. 1203.2174.pdf. URL = http://www.arxiv.org.
Morgan M.A. and Boyd T.A. Synthesis of a new class of reflectionless filter prototypes [Электронный ресурс] // National Radio Astronomy Observatory. August 2010. 1008.3502.pdf. URL = http://www.arxiv.org.
Fisher R.E. Broad-band twisted-wire quadrature hybrids // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1973. V. 21. № 5 (May). P. 355−357.
Patent № US3514722, H03 H 7/04 (2006.01). Networks using cascaded quadrature couplers, each coupler having a different center operating frequency / Cappucci J.D.; 26 May 1970.
Патент РФ на изобретение № 2174737 С2, МПК – 2006.01 НО3 Н 7/12, НО1 Р 1/20. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр / Хрусталев В.А., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Рубанович М.А.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный технический университет; опубл. 10.10.2001; бюл. № 28.
Баранов А.В., Моругин С.Л. Транзисторные усилители-ограничители мощности гармонических СВЧ колебаний. М.: Горячая линия – Телеком. 2019. 332 с.
Баранов А.В., Кренцин М.В. Миниатюризация трансформаторов импедансов кольцевого типа // Известия ВУЗов. Сер. Радиоэлектроника. 1990. № 9. С. 90−91.
А.с. № 1578775 СССР. МКИ Н01Р 1/203. Полосно-заграждающий фильтр / Аристархов Г.М., Михневич П.С., Чернышов В.А. (СССР). № 4435053/24-09; заявл. 01.06.88; опубл.15.07.90; бюл. № 26.
Патент РФ на изобретение № 2728728. МПК – 2006.01 H03 H 7/09. Поглощающий фильтр-трансформатор / Баранов А.В., Козиков А.Л.; заявитель и патентообладатель АО «НПП «Салют» № 2019145485; заявл. 27.12.2019. опубл. 30.07.2020; бюл. № 22.
Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи: учебник для вузов. М.: Высшая школа. 1981. 333 с.
Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office / Под ред. Разевига В.Д. М.: Солон-Пресс. 2003. 496 с.
Баранов А.В. Проектирование СВЧ-усилителей большой мощности в классе «Е» // Радиотехника. 2006. № 12. С. 65−70.

[1] Фано Р.М. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов / Пер. с англ. М.: Сов. радио. 1965. 70 с.

[2] Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства. М.: Связь. 1978. 256 с.

[3] Ceylan O., Pires S., Marco L. Refine biasing networks for high PA low-frequency stability [Электронный ресурс] // Microwave and RF. April 2018. MWRF.com. URL = https://www.researchgate.net/publication/325101221.

[4] White P.E. Stability considerations when designing microwave power amplifiers [Электронный ресурс] // CDIAN001. CDI Website Design Resources page. Component Distributors, Inc, RF/Microwave. URL = http: // www.rf.cdiweb.com.

[5] Когай А.В., Шишкин Д.А., Арыков В.С., Ерофеев Е.В. Разработка монолитных интегральных GaAs усилителей мощности // АО «Научно-производственная фирма «Микран». 2016. 091-095.pdf. URL = http://www.mwelectronics.ru.

[6] Привер Э.Л. Об аналитическом решении задачи шлейфного согласования произвольной нагрузки с линией передачи // Труды (девятой) научной конф. по радиофизике «Факультет–ровесник Победы». Нижний Новгород. 07.05.2005. Нижний Новгород: ТАЛАМ. 2005. С. 149−150.

[7] Привер Э.Л. Обобщенный метод синтеза и расчета схем простейших распределенных согласующих цепей СВЧ // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2009. № 4. С. 64−67.

[8] Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи / Под ред. Алексеева Л.В., Кушнира Ф.В. М.: Связь. 1971. Т. 1. 440 с.

[9] Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1990. 288 с.

[10] Чижов А.И. Метод крайних импедансов в исследовании СВЧ-цепей. М.: Радиотехника. 2014. 200 с.

[11] Patent № US8392495B2. МПК 2006.01 GО6 G 7/02. Reflectionless filters / Morgan M.A. March 5. 2013.

[12] Morgan M.A. Thinking outside the band: Absorptive filtering [Электронный ресурс] // National Radio Astronomy Observatory. March 2012. 1203.2174.pdf. URL = http://www.arxiv.org.

[13] Morgan M.A. and Boyd T.A. Synthesis of a new class of reflectionless filter prototypes [Электронный ресурс] // National Radio Astronomy Observatory. August 2010. 1008.3502.pdf. URL = http://www.arxiv.org.

[14] Fisher R.E. Broad-band twisted-wire quadrature hybrids // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1973. V. 21. № 5 (May). P. 355−357.

[15] Patent № US3514722, H03 H 7/04 (2006.01). Networks using cascaded quadrature couplers, each coupler having a different center operating frequency / Cappucci J.D.; 26 May 1970.

[16] Патент РФ на изобретение № 2174737 С2, МПК – 2006.01 НО3 Н 7/12, НО1 Р 1/20. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр / Хрусталев В.А., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Рубанович М.А.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный технический университет; опубл. 10.10.2001; бюл. № 28.

[17] Баранов А.В., Моругин С.Л. Транзисторные усилители-ограничители мощности гармонических СВЧ колебаний. М.: Горячая линия – Телеком. 2019. 332 с.

[18] Баранов А.В., Кренцин М.В. Миниатюризация трансформаторов импедансов кольцевого типа // Известия ВУЗов. Сер. Радиоэлектроника. 1990. № 9. С. 90−91.

[19] А.с. № 1578775 СССР. МКИ Н01Р 1/203. Полосно-заграждающий фильтр / Аристархов Г.М., Михневич П.С., Чернышов В.А. (СССР). № 4435053/24-09; заявл. 01.06.88; опубл.15.07.90; бюл. № 26.

[20] Патент РФ на изобретение № 2728728. МПК – 2006.01 H03 H 7/09. Поглощающий фильтр-трансформатор / Баранов А.В., Козиков А.Л.; заявитель и патентообладатель АО «НПП «Салют» № 2019145485; заявл. 27.12.2019. опубл. 30.07.2020; бюл. № 22.

[21] Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи: учебник для вузов. М.: Высшая школа. 1981. 333 с.

[22] Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office / Под ред. Разевига В.Д. М.: Солон-Пресс. 2003. 496 с.

[23] Баранов А.В. Проектирование СВЧ-усилителей большой мощности в классе «Е» // Радиотехника. 2006. № 12. С. 65−70.