моделирование и синтез микрополосковых режекторных фильтров

В работе [1] рассматривались методы анализа микрополосковых фильтров. В данной статье представлена постановка общей задачи их синтеза. Процесс синтеза является основным этапом при автоматизированном проектировании микрополоскового фильтра [2]. Задачей параметрического синтеза фильтра является определение его оптимальных параметров по заданному функционированию при фиксированной структуре системы:

На первом этапе постановки задачи в дискретных точках частотного диапазона формируются относительные показатели функционирования или частные критерии, которые могут быть записаны в нормированном или ненормированном видах:

На втором этапе из этих относительных показателей образуют частные целевые функции, которые отвечают за отдельные ЧХ (частотные окна). Они могут быть сформированы в аддитивном или минимаксном видах:

При синтезе по совокупности ЧХ из этих частных целевых функций формируется обобщенная целевая функция:

где _j – весовые коэффициенты отдельных ЧХ.

Тогда экстремальная задача параметрического синтеза МПФ записывается в виде:

, (5)

D – область изменения варьируемых параметров.

Приведенные идеологии решения задачи синтеза полностью реализованы в компьютерном пакете МИКРОПОЛ, предназначенном для многооконного параметрического синтеза полосковых и микрополосковых систем. С помощью данной программы были решены две задачи синтеза для предприятия “Салют-27”, предоставленные кафедре радиотехники в качестве технического задания для научно-исследовательской работы.

Рис.1	Рис.2

Рис.3	Рис.4

На рис.1 приведена топология полосно-заграждающего фильтра (ПЗФ) на 5-и шлейфах, а его передаточная характеристика – на рис.2. На рис.3 и 4 приведены, соответственно, топология и характеристика ПЗФ на секциях связанных линий.

1. 
   Цветнова Е.М., Чумаков А.Ю., Бугров В.Н. //В кн.: Тр. 6-й научн. конф. по радиофизике. 7 мая 2002 г. /Ред. А.В.Якимов. –Н.Новгород: ТАЛАМ, 2002, с.137.
   

[2] Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. – М.: Радио и связь, 1987.

РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КРУГЛЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
РЕЗОНАТОРОВ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ЭКРАНЕ

Применение диэлектрических резонаторов (ДР) в технике СВЧ диапазона позволяет решать ряд актуальных проблем: улучшение массогабаритных показателей, уменьшение себестоимости производимой радиоэлектронной аппаратуры при одновременном повышении качества и надежности ее функционирования, устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов. На базе ДР в настоящее время создается новое поколение малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

При разработке каждого конкретного устройства с использованием ДР возникает проблема точного расчета их параметров, в частности, точного определения резонансных частот. Следует отметить, что даже ДР простой формы (диск или параллелепипед) не поддаются анализу методом разделения переменных [1]. В связи с этим возник целый рад приближенных методов расчета, не учитывающих поля в некоторых областях вокруг резонатора. Эти методы позволяют достаточно просто оценивать частоту ДР, однако дают при этом погрешность до 10% [2].

Н

Рис. 1

астоящая работа посвящена расчету резонансных частот экранированной электродинамической системы, состоящей из цилиндрического ДР, подложки, диэлектрической подставки и элемента перестройки частоты (металлического или диэлектрического поршня). Осевое сечение колебательной системы приведено на рис.1.

Для анализа рассматриваемой системы использовался метод частичных областей (МЧО) [3]. Этот метод получил широкое распространение в прикладной электродинамике благодаря своей универсальности и точности.

Согласно МЧО, производится декомпозиция задачи на пять частичных областей – отрезков регулярных цилиндрических волноводов, три из которых неоднородны в своем поперечном сечении. В каждой из областей решение представляется в виде разложения в ряд по полной системе собственных функций регулярных волноводов с искомыми коэффициентами разложения. Сшиванием решений на поверхностях, условно разделяющих всю область на подобласти, выполняется условие непрерывности тангенциальных компонент электрического и магнитного полей.

Использование свойства ортогональности полей собственных мод в выделенных областях приводит к бесконечномерной системе линейных однородных уравнений относительно коэффициентов разложения. Приняв во внимание конечное число членов в разложениях (одинаковое во всех подобластях) и потребовав существования нетривиального решения (приравняв определитель полученной редуцированной системы к нулю), мы получим характеристическое уравнение для нахождения собственных параметров исследуемой системы.

В ходе проделанной работы с использованием данной модели была разработана программа для расчета спектра собственных частот исследуемой системы. Была исследована зависимость резонансных частот некоторых низших типов колебаний от геометрических и электрических параметров системы.

В качестве примера на рис.2 и 3 приведены типичные зависимости резонансных частот для низших H_01 колебаний от расстояния воздушного промежутка d и радиуса цилиндрического экрана b.

Рис. 2	Рис. 3

В ходе эксперимента, а также при сравнении данных расчета с результатами, опубликованными в литературе [1–4], выяснилось, что точность расчета резонансных частот с помощью МЧО достаточно высока (ошибка менее 1%) даже при относительно небольшом числе учитываемых волн (3-5) в каждой из подобластей.

1. 
   Кузнецов В.А., Лерер А.М., Михалевский В.С. //Радиотехника и электроника. 1984. Т.29, №11. С.2124.
   
2. 
   Цибизов К.Н., Борисов С.А., Безбородов Ю.М. //Зарубежная радиоэлектроника. 1981. №11. С.21-34.
   
3. 
   Алексейчик Л.В., Бродуленко И.И., Гаврилюк Н.Г., Краюшкин В.В., Мальцев В.А. Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. –М.: ЦНИИ Электроника, 1990, вып. 5 (1525), с.8.
   
4. 
   Кущ С.Н. //Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1975. Т18, №9. С.79-86.