Использование переходных отверстий и перемычек в линиях ВЧ и СВЧ тракта

Таким образом, рассмотренные выше условия, применяемые для расчета потерь мощности вызванных наличием несимметрии нагрузки, позволят охарактеризовать исследуемые схемы сети каким-либо количественным показателем, который можно определить на основе объективных данных, а затем вывести зависимости потерь мощности от этого показателя. Список использованной литературы:

1. Дед А.В. Потери мощности при амплитудно-фазовой несимметрии токов / А.В. Дед, А.В. Паршукова // Инновационные технологии научного развития. - 2015. - С. 36-39.

2. Дед А.В. Сравнение методов расчета коэффициентов учета несимметрии распределения нагрузок при оценке потерь мощности / А.В. Дед, А.В. Паршукова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2015. - № 9 - С. 221-225.

3. Дед А.В. Учет угловой несимметрии при расчете потерь мощности / А.В. Дед, А.В. Паршукова // Технологии XXI века: проблемы и перспективы развития. - 2015. - С. 42-45.

4. Дед А.В. Потери мощности при наличии в распределительной сети фазовой несимметрии токов / А.В. Дед, А.В. Паршукова // Инновационные технологии научного развития. - 2015. - С. 39-43.

© Дед А.В., Паршукова А.В., 2016

УДК.621.372

Н.В. Дударев

аспирант кафедры инфокоммуникационных технологий Южно-Уральский государственный университет г. Челябинск, Российская федерация

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ОТВЕРСТИЙ И ПЕРЕМЫЧЕК В ЛИНИЯХ ВЧ И СВЧ ТРАКТА

Аннотация

В данной статье описываются способы коммутации линий передачи мощности в многослойных СВЧ модулях. Для каждого из способов коммутации приводятся графические зависимости электрических характеристик, описываются способы расчёта неоднородностей, вносимых в линию передачи описанными элементами коммутации.

Ключевые слова

Коэффициент прохождения, коэффициент отражения, переходные характеристики, штыревой переходной

контакт, переходные отверстия.

Основная часть

Традиционно при разработке СВЧ устройств часто применяются полосковые и микро полосковые линии. Устройства, разработанные на их базе, обычно реализованы по «плоской» концепции: элементы располагаются на одной плоскости диэлектрика, из-за чего изделие имеет излишние габариты. Для их уменьшения можно использовать многослойную технологию [4]. В данной статье уделяется внимание следующим способам коммутации между различными слоями многослойных устройств: переходные отверстия и перемычки. Основными требованиями, предъявляемыми к элементу связи между различными слоями конструкции являются: минимальные потери энергии, минимальный вносимый КСВН, компактность и надёжность.

Способ коммутации линий передачи разных слоёв при помощи перемычек и переходных отверстий широко используется в низкочастотных многослойных платах. Переходные отверстия и перемычки могут использоваться и в СВЧ технике, но на высоких и сверхвысоких частотах данный элемент приобретает

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

выраженные индуктивно-ёмкостные характеристики, приводящие к возникновению неоднородности. Под неоднородностью понимают некоторый элемент тракта, формирующий отражённую волну в данном тракте. Другими словами, при отсутствии неоднородностей в линии передачи (однородная равномерная линия передачи) отражённая часть мощности стремится к нулю. Рассмотрим варианты межслойной коммутации, обобщенно называемые перемычками: переходной штырь, переходное отверстие. Для каждого типа соединений рассмотрим неоднородности, создаваемые этим элементом, и приведём методики их расчёта.

Переходной штырь показан на рисунке 1. Он представляет собой цельную металлическую перемычку 1, проходящую через диэлектрическое основание 4 и соединяющую линии передачи 2,3.

Рисунок 1 - Соединение полосковых линий передачи с помощью переходного штыря

Проанализируем данный элемент с точки зрения ВЧ и СВЧ устройств. Переходной штырь является неоднородностью, имеющей индуктивную или ёмкостную природу (Рисунок 2).

а) б) в) г)

Рисунок 2 - Упрощенное эквивалентное представление переходного штыря с точки зрения СВЧ

Он имеет определённое волновое сопротивление. При совпадении волнового сопротивления перемычки и линии передачи можно приравнять элемент «полосок-перемычка-полосок» к непрерывной полосковой линии (рисунок 2.б). Если перемычка имеет волновое сопротивление больше чем у соединяемых полосковых линий, то она имеет индуктивную природу (рисунок 2.в). Если волновое сопротивление перемычки меньше, чем у полосковой линии, то она имеет ёмкостную природу. При использовании переходной перемычки желательно стремиться к равенству волнового сопротивления перемычки и линии. Рассчитать волновое сопротивление полосковой линии не составляет проблемы [1-3]. Расчёт волнового сопротивления перемычки затруднителен, так как влечёт за собой ряд допущений. Обычно оно определяется практически.

Расчет проходных характеристик переходного штыря приводится ниже.

Коэффициент отражения: й =

коэффициент прохождения: Т =

где 1,1, X - нормированные величины

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

_ у

Х = т

^ = ?

/7

Рисунок 3 - Упрощенное эквивалентное представление индуктивной полосковой линии

В практике низкочастотных плат повсеместно используются переходные отверстия (рисунок 3). Переходные отверстия представляют собой полый цилиндрический контакт-перемычку 1, соединяющий линии передачи 2 и 3.

3

Рисунок 4 - Соединение полосковых линий передачи с помощью переходного отверстия

Переходное отверстие можно представить, как последовательное соединение двух типов неоднородностей: отверстия в полосковой линии и индуктивности или ёмкости, создаваемую перемычкой (рисунок 5).

Рисунок 5 - Упрощенное эквивалентное представление переходного отверстия с точки зрения СВЧ

Расчёт влияния неоднородности, вносимой отверстием в линии передачи, осуществляется следующим образом:

ч. г. (l-L2h) + (Lb+La)2 /г\

коэффициент отражения: R =-г—^-^—— ;

(1-lLa-Lb)2+Lb

коэффициент прохождения: Т = -—. l2Lb —j.

{l-lLa-Lb)2+Lb

Для компенсации неоднородностей, вносимых отверстием в полоске (рисунок 6) необходимо определить значение индуктивностей La и ^з.

. _ пР ^Щф . (Л

1 х2<х у

_ АШ Г1__л_\

Ьь~2п^Щф\М 4Ь2й)'

Р=2г3'М = 4г3.

Рисунок 6 - Упрощенное эквивалентное представление неоднородности, вносимой отверстием

На практике для нивелирования неоднородности часто используют дополнительную индуктивность или ёмкость полосковой линии, которая получается путём сужения или расширения линии передачи.

При помощи автоматизированной системы проектирования CST Microwave Studio рассчитаны основные характеристики переходного отверстия: коэффициент прохождения и отражения (рисунок 7).

Рисунок 7 - Проходные характеристики линии передачи соединённой переходными отверстиями.

На рисунке видно, что грамотно скомпенсированное переходное отверстие даёт минимум потерь СВЧ сигнала (значительно меньше -0.1 дБ), вносит незначительный коэффициент отражения и может использоваться в широкой полосе частот. Недостаток переходных отверстий довольно ярко проявляется на более высоких частотах. Наглядно продемонстрируем этот недостаток на рисунке 9. Где приведённая на рисунке 7 модель рассчитана в более широком диапазоне частот (от 0.1 до 10 ГГц).

S-Parameter [Magntude in dB]

50 -...................;...................:....................;...................H..................:....................:...................-i....................t...................;....................

-55 J-1-i-i-1-\-i-i-1-i-

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Frequency / MHz

Рисунок 8 - Проходные характеристики линии передачи, соединённой переходными отверстиями.

На рисунке 9 видно, что коэффициент отражения (S 1.1) не однороден и с ростом частоты начинает периодично увеличиваться. Нивелировать этот негативный эффект можно дополнительной подстройкой. Вывод

В данной статье описаны способы коммутации многослойных СВЧ модулей: при помощи переходных отверстий и переходного штыря. Для каждого способа приведены преимущества и недостатки. При грамотном подборе индуктивно-ёмкостной стабилизации, вносимых данным типом коммутации неоднородностей, можно обеспечить превосходные проходные характеристики в широкой полосе частот (до 1,5 ГГц). Тем не менее, на частотах выше 5 ГГц использование перемычек и переходных отверстий ограничивается, так как требуется более точная стабилизация индуктивно-ёмкостных неоднородностей, вносимых перемычкой.

Список использованной литературы

1. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств: справочник / С. И. Бахарев, В. И. Вольман, Ю. Н. Либ; под ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с.

2. Малорацкий, Л. Г. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях / Л. Г. Малорацкий, Л. Р. Явич. - М., Сов. Радио, 1972. - 232 с.

3. ГОСТ 21702-76 Устройства СВЧ. Полосковые линии - М: Изд-во стандартов, 1977. - 4 с.

4. Дударев, Н. В. Разработка гибридного делителя мощности на многослойной структуре / Н.В. Дударев, С.Н. Даровских. - Уфа.: Аэтерна, 2016. - 10 с.

© Дударев Н. В., 2016

УДК 614.8.064:656.61.052

С. В. Ермаков,

ст. преподаватель кафедры судовождения, «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота» ФБГОУ ВО «Калининградский государственный технический университет»,

г. Калининград, Российская Федерация

МОРСКОЕ СУДНО КАК ЭЛЕМЕНТ ЕДИНОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ (ПОНЯТИЙНО-

ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ)

Аннотация

С использованием терминов и определений из области безопасности в чрезвычайных ситуациях в