Метод синтезу розподілених високодобротних резонаторів з розрідженим діапазоном частот для радіотехнічніх пристроїв та засобів телекомунікацій

Abstract

В роботі сформульовано та вирішено актуальне наукове завдання щодо розробки науково-методичного апарату синтезу високодобротних резонаторів з розрідженим спектром для фільтруючих систем засобів телекомунікацій. Вирішення поставленого наукового завдання забезпечує розрахунок і можливість побудови фільтруючої системи зі зниженим затуханням в смузі пропускання і розширеною областю затримання, що дозволяє підвищити ефективність роботи телекомунікаційних пристроїв. На основі спектрального підходу розроблено метод синтезу резонаторів на нерегулярних лініях передачі. На відміну від відомих способів побудови резонаторів запропонований метод дозволяє одночасно синтезувати розподілені 8 коливальні системи за заданим розподілом резонансних частот в заданій частотній області і величиною добротності основного типу коливань. Показано, що спектральний метод найбільш ефективний при синтезі неоднорідних резонаторів з врахуванням втрат. Розроблено топології полоскових і коаксіальних резонаторів, що мають максимальну добротність.

В результате проведенного анализа методов построения резонаторов установлено, что наиболее перспективными на данном этапе развития распределённых устройств средств телекоммуникаций и промышленного производства радиотехнических материалов, являются устройства селекции на отрезках неоднородных полосковых и коаксиальных линий передачи, обеспечивающих заданную разрядку спектра резонансных частот и имеющих максимально высокую добротность. Однако при реализации таких устройств разработчики сталкиваются с серьёзными трудностями, обусловленными отсутствием аналитических выражений для расчёта добротности резонансных систем, отсутствием методов синтеза высокодобротных резонаторов, а также с отсутствием алгоритмов расчёта их конструктивных параметров. Кроме того, для большинства разработанных устройств не обоснован выбор допусков при изготовлении, что вызывает необходимость регулировок и ведёт к большему проценту брака и повышению себестоимости при производстве. Разработан метод синтеза высокодобротных резонансных систем с позиций спектральной теории неоднородных линий в сочетании с методами численного синтеза. Идея предложенного метода синтеза резонаторов состоит в следующем. Из теории длинных линий известно, что входное сопротивление линии однозначно определяет закон изменения волнового сопротивления. Следовательно, для построения резонатора, обладающего требуемыми электрическими характеристиками надо сформировать его входное сопротивление, в котором были бы заложены все необходимые свойства резонансной системы. В работе в качестве системы универсальных параметров предложено использовать резонансные частоты (спектр линии) и вычеты сопротивления резонатора на резонансных частотах. Тогда, изменяя положение резонансных частот в рабочей области можно добиться заданного положения основной (рабочей) резонансной частоты и требуемого распределения нерабочих (паразитных) резонансов, которые обуславливают паразитные полосы пропускания частотных фильтров. Что касается выбора вычетов на резонансных частотах, то их можно выбрать исходя из дополнительных условий. В качестве данного условия в работе предложено использовать добротность резонатора на основной частоте. Таким образом, изменением спектра в нерабочей области и вычетов на всех частотах спектра можно получить заданное значение добротности основного резонанса. В работе рассмотрены неоднородные линии с потерями В отличие от существующих методов построения резонаторов, ориентированных в основном на однородные линии, получены уточняющие аналитические выражения, позволяющие определять добротность при произвольных зависимостях волнового сопротивления и распределённых потерь от координаты. Разработана математическая модель резонатора, отличительной особенностью которой является минимальное число варьируемых параметров при использовании численных методов оптимизации. На основе этой модели осуществлён синтез резонаторов по полюсам и вычетам входного сопротивления и построена его целевая функция. С использованием численных методов оптимизации (метод скользящего допуска, метод деформированного многогранника) найдены оптимальные значения полюсов и вычетов входного сопротивления резонатора, которые однозначно определяют волновое сопротивление резонатора, обладающего максимальной добротностью при заданном распределении резонансных частот. Разработаны алгоритмы синтеза нерегулярных высокодобротных резонаторов, которые ориентированы на типы неоднородных линий, наиболее часто используемых на практике (коаксиальная, микрополосковая, симметричная полосковая). Предложенные алгоритмы отличаются от известных использованием минимального количества варьируемых параметров и позволяют определить волновое сопротивление резонатора с максимально возможной добротностью. Осуществлена оценка допусков по контролю в процессе производства наиболее важных параметров конструкции и диэлектрических материалов, используемых при изготовлении резонаторов. Разработаны топологии полосковых и коаксиальных резонаторов, имеющих максимальную добротность.

In the robot, the scientific development of the development of a scientificmethodical apparatus for the synthesis of high-quality resonators with a developed spectrum for filter systems for telecommunication systems has been formulated. The renewal of the supplied science department will ensure the development of the system and the ability to induce the filtering system to reduce the attenuation in smoothies and the broadened area of operation, as well as allowing the development of telecommuting efficiency. On the basis of the spectral approach, the method for the synthesis of resonators on irregular transmission lines has been broken up. On the basis of different ways of stimulating the resonators in the proponation, the method allows one hour to synthesize the generation of colival systems for a given rise of resonance frequencies in a given frequency region and the value of the quality factor of the main type of colivan. It is shown that the spectral method is the most effective in the synthesis of non-uniform resonators with interruptions. The topology of strip and coaxial resonators has been broken down to provide the maximum quality factor.