Геращенко О.М.

Донецький національний технічний університет, Україна

Оптимізація характеристик НВЧ пристроїв за допомогою використання дефективних структур МСЛ

Технологія дефективних структур мікросмугової підкладки в останній час знайшла широке вживання для оптимізації параметрів та характеристик різноманітних НВЧ пристроїв. За її допомогою розробляються розподілювачі потужності, радіочастотні ланцюги узгодження, фільтри, антени, корегуються параметри окремих мікросмугових ліній.

Для реалізації ДС в металевій основі МСЛ витравлюється різноманітні фігури визначеної кількості, форми та розміру. Завдяки цьому характеристики мікросмугової ліній змінюються, оскільки підвищується вповільнення хвилі в діелектрику, з’являються додаткові реактивні складові в еквівалентній схемі.

Приклад реалізації ДС наведено на рис Для 50-омної мікросмугової лінії в металевій основі витравлюються періодичні фігури гантелевиної форми. Їх кількість та розміри визначають загальні характеристики лінії.

Рис 1. Мікросмугова лінія із застосуванням дефективних структур

Кожна окрема дефективна структура представляє собою еквівалентний паралельний резонатор, тобто RLC контур, який вносит зміни в резонансні характеристики мікросмугової лінії, резонансна чатота якої може контролюватись за рахунок обрання форми, кількості та розмірів дефективних структур. Існую багато варіантів ДС стосовно форми: гантелевидні, прямокутні, спіральні, періодичні та інші.

Дана технологія може застосовуватись на різних ділянках мікросмугової топології НВЧ пристроїв. Завдяки своїй резонансній природі, дефективні структури можуть застосовуватись для збільшення характеристичного імпедансу лінії, оскільки при відповідній конфігурації збільшують її еквівалентну ємність та індуктивність.

Тим самим це явище може бути застосовано для збільшення ширини лінії, наприклад в схемі живлення. Розв’язка між схемою живлення та ланцюгами узгодження іноді виконується за рахунок не індуктиіної катушки, а за допомогою чвертьхвильової високоімпедансної лінії, ширина якої повинна бути якомога менше для перешкодження просочуванню радіочастотного сигналу. Але чим тонша ця лінія, тим менший струм живлення, який вона здатна пропустити без загрози пошкодження. Тому за допомогою введення дефективних структур, розміщенних під лінією збільшують її імпеданс не збільшуючи ширину.

Основною проблемою реалізації ДС є відсутність конкретної теорії розрахунку характеристик данних структур та їх впливу, оскільки існує дуже багато можливих форм ДС та способів їх застосування. Тому розробка в основному полягає в проведені експериментальної оцінки впливу того чи іншого типу ДС, що в окремих випадках може значно збільшити час розробки пристрою.

Широке вживання технологія отримала при реалізаціїї фільтрів, оскільки за її допомогою можна зменшити розміри, поліпшити характеристики, зробити перехідну область частотних характеристик більш різкою, тобто підвищіти частотну вибірковість фільтра, що зазвичай досягається за рахунок підвищення його порядку, збільшення кількості мікросмугових секцій та загального розміру.

Рис 2. Мікросмугова топологія фільтра нижніх частот

Прикладом реалізації фільтра з застосуванням дефективних структур є фільтр низьких частот, трьохмірна модель якого зображена на рис 2. Фільтр було спроектовано в системі електромагнітного моделювання Zeland IE3D. На характеристики фільтра (рис3) впливають форма та параметри як безпосередньо лінії, так і дефективних структур.

Рис 3. Частотні характеристики ФНЧ

Отриманий фільтр має досить гарні показники частотної вибірковості та компактні розміри. Площа підкладки, на якій реалізован фільтр становить 20х30 мм².

Література:

1. Hong, J.-S. and M. J. Lancaster, «Microstrip Filters for RF/Microwave Applications», Wiley, New York, 2001.

2. Abdel-Rahman, A., A. R. Ali, S. Amari, and A. S. Omar, «Compact filters using Defected Ground Structure " IEEE MTT-S International Microwave Symposium

3. Boutejdar, A., A. Elsherbini, «Improvement of passband and sharpness factor

of parallel coupled microstrip filter using discontinuities correction and DGS cells»

MMS 2007 Mediterranean Microwave Symposium Budapest, Hungary, May 2007.