МНОГОСВЯЗНЫЕ ПОЛОСКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И УСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ

Развитие теории и практики полосковых устройств СВЧ диапазона прошло несколько этапов. Наиболее значительные из них связаны с публикацией работ И. С. Ковалева [1], А. Л. Фельдштейна и Л. Р. Явича [2], Е. И. Нефедова, А. Т. Фи-алковского (3, 4], В. В. Никольского [5], В. И. Гвоздева, Е. И. Нефедова [6] и др. Большое число публикаций в отечест-веииой и зарубежной литературе касается главным образом построения нерегулируемых устройств. Значительно меньшее количество работ отражает направление, овязанное с созданием управляемых устройств. К ним относятся, например, работы [7-10], в которых представлены разнообразные типы переключателей, фазовращателей, фильтров.

Б настоящее время достаточно ясно сформировались две тенденции, два подхода к конструированию управляемых устройств. Первая нз них основана на применении преимущественно пленарной технологии микрополосковых линий, опирающейся на классические решения с тщательной проработкой вопросов проектирования н синтеза [10]. Вторая тенденция базируется на использовании так называемых объемных интегральных схем (ОИС) - сложных полосковых структур, таящих в себе богатые функциональные возможности [4, 6]. Надо отметить, что критерий оценки сложная> нли простая для полосковых линий в большей мере относится не к конструкции и технологии их производства, а в основном к методам расчета параметров. При этом все еще велика роль экспериментальной отработки устройств в процессе их создания. Отсюда также ясно, что в практике проектирования приобретают большое значение обоснованные н экспериментально проверенные модели полосковых структур и устройств на их основе.

в последние годы резко возрос интерес к теории и практическому применению многопроводных связанных полосковых линий (МСПЛ) [13, 25, 107, 108]. Развитие печатной, пленочной и интегральной технологии привело к созданию удобных с конструкторской ТОЧКИ зрения модификаций многопроводных связанных линий в полосковом и микрополосковом исполнении. Переход к новой технологии открыл путь к созданию не только более экономичных конструкций с хорошими массогабаритными показателями, но и создал предпосылки для проявления свободы выбора конструктивных форм, которым присущи подчас новые или малоизученные физические свойства [6]. Дальнейшее усложнение конструкций МСПЛ, вызванное в основном стремлением получить или, по крайней мере, усилить требуемые волновые свойства, привело к появлению многосвязных полосковых структур (МСПС), в которых многопроводные линии являются наиболее важной частью конструкции [19, 20). Многосвязные полосковые структуры, таким образом, отличаются от традиционных многопроводных линий прежде всего более богатым набором функциональных возможностей. Свойства МСПС, как и многопроводных линий, обусловливаются существованием в них волн с дискретным спектром коэффициентов распространения, но многосвязные полосковые структуры характеризуются несколькими, в частном случае двумя, ортогональными направлениями распространения падающих и отраженных волн. Целесообразно классифицировать МСПС как промежуточное звено между многопроводными связанными полосковыми линиями и объемными интегральными схемами.

В теории и практике создания устройств на базе МСПС накоплен определенный опыт, однако опубликованные материалы дают лишь отрывочные сведения о методологии их моделирования и автоматизированного проектирования. В данной работе поставлена цель раскрыть основы подхода в решении упомянутых задач и подвести некоторый итог их развития за последние годы.

Большой вклад в исследование и создание управляемых устройств, содержащих многосвязные полосковые структуры, внесли П. А. Воробьев, И. М. Вершинин, А. Н. Сычев, В. Н. Реп-ко, Б. Г. Сорокин, В. Н. Федоров. Многолетнее творческое сотрудничество с ними сделало возможным подготовить данную работу. Читатель найдет достаточно многочисленные ссылки на работы указанных и других авторов, в которых рассматривались теория и практика МСПС. Вероятно,

выделение МСПС как промежуточного звена,между МСПЛ и ОИС не бесспорно. Но такая классификация на сегодняшнем этапе развития вопросов проектирования полосковых и микрополосковых узлов поможет прежде всего читателям, чей опыт в разработке полосковых схем не столь универсален.

Основа моделирования МСПС - теория многопроводных линий, базирующаяся на допущении о существовании так называемых квази-Т волн [4-6, 107]. Такой путь анализа не отличается строгостью подхода, но весьма плодотворен с точки зрения развития вопросов проектирования и целенаправленного поиска новых конструкций управляемых устройств на МСПС. Поэтому в главе 1 уделено внимание теории многопроводных связанных полосковых линий с неуравновешенной электромагнитной связью. Здесь приводятся классические и волновые матрицы п-проводных линий; как частные случаи, играющие большую роль в практике анализа управляемых устройств, рассматриваются двухпроводные и трехпроводные связанные полосковые линии, п-проводные линии с периодической симметрией. В подготовке материалов п. 1.4 принял участие

A. Н. Сычев.

В главе 2 рассчитываются обобщенные структуры на многопроводных связанных линиях, которые, по существу, являются управляемыми звеньями для построения функционально законченных устройств. В данной главе также рассматриваются особенности волновых свойств структур с неуравновешенной электромагнитной связью на примере МСПС, приводимых к двухпроводной связанной полосковой линии.

Глава 3 посвящена исследованию управляемых секций на двухпроводных связанных линиях. Ее результаты являются основополагающими в иллюстрации подхода к проектированию устройств на базе МСПС.

Глава 4 содержит некоторые сведения о практических разработках управляемых устройств: фазовращателей, фильтров, регулируемых направленных ответвителей, линий фазовой задержки.

Глава 5 включает в себя описание ряда программ, с помощью которых осуществляется расчет устройств на МСПС. Этот материал позволит читателям сократить время, затрачиваемое на отладку программ и, следовательно, ускорить процесс проектирования. В главе нашла отражение часть большой работы по составлению и отладке программ, проведенной

B. Н. Репко, В. Н. Федоровым, А. Н. Сычевым, Б. Г. Сорокиным, С. Л. Третьяковым.

Учитывая, что процесс издания книги достаточно длителен и на момент ее выхода сведения о программах могуг устареть прежде всего благодаря появлению новых ЭВМ, заинтересованным читателям предлагается возможность получить информацию о версиях программ для PC IBM по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ТИАСУР.

Глава I

ТЕОРИЯ СВЯЗАННЫХ ПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЙ с НЕУРАВНОВЕШЕННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СВЯЗЬЮ

1.1. Конструкции и модели миогопроводных связанных полосковых линий (МСПЛ)

Классификация многосвязных полосковых структур проводится на основе конструктивных признаков и тех фундаментальных волновых свойств, которыми они обладают. Пример подобной классификации показан на рис. 1.1. Конструктивные признаки в совокупности с волновыми свойствами, как правило, являются существенными отличительными признаками, берущимися за основу при сравнении разнообразных структур и устройств на их базе. Целесообразно в качестве конструктивных признаков выделить следующие:

1) характер заполнения диэлектриком поперечного сечения (однородное и неоднородное);

2) соотношение физических длин полосок в области электромагнитной связи (одинаковые или разные);

3) планарное или объемное расположение полосок многосвязной структуры.

Примеры многопроводных связанных полосковых линий, разделяемых по трем отмеченным признакам, приведены на рис. 1.2 - рис. 1.4.

Конструкция линий подобных линии, изображенной на рис. 1.2, может иметь множество модификаций. В данном случае существенными являются, по крайней мере, два наибо-