ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 5 · ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3D конструкции связанных линий и их применение в СВЧ устройствах

Н.Д. Малютин1, Т.Т. Чинь1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.5.8 УДК 621.372 EDN XFMSOJ

Аннотация

В обзоре рассматриваются 3D конструкции связанных полосковых линий и их применение в устройствах СВЧ. Отмечается, что 3D конструкции связанных полосковых линий обладают преимуществами по сравнению с другими полосковыми структурами, обусловленными возможностью формирования сильной электромагнитной связи между полосками. Этот результат достигается простыми технологическими методами, такими как установка вертикальной подложки с припаиванием (или сваркой) проводников, ориентированных соответственно горизонтально и вертикально на подложках. В статье кратко освещена история развития и приведена классификация этих конструкций. Проанализированы преимущества и недостатки устройств, построенных на основе таких конструкций. Рассмотрены методы их анализа и улучшения характеристик. Подчеркивается, что трехмерные конструкции связанных полосковых линий представляют собой перспективное направление в развитии технологий СВЧ и могут быть широко применены в различных устройствах.

  • 3D конструкции
  • связанные линии
  • СВЧ-устройства
  • неотражающий полосковый фильтр
  • направленный ответвитель
Abstract (in English)

3D constructions of coupled strip lines and their application in microwave devices (review)

The review discusses 3D designs of coupled strip lines and their application in microwave devices. It is noted that 3D designs of coupled strip lines have advantages over other strip structures due to the possibility of forming a strong electromagnetic coupling between the strips. This result is achieved by simple technological methods, such as installing a vertical substrate with soldering (or welding) of conductors oriented horizontally and vertically on the substrates, respectively. The article briefly covers the history of development and provides a classification of these structures. The advantages and disadvantages of devices built based on such structures are analyzed. Methods for analyzing them and improving their characteristics are considered. It is emphasized that three-dimensional designs of coupled strip lines represent a promising direction in the development of microwave technologies and can be widely used in various devices.

Для цитирования

Малютин Н.Д., Чинь Т.Т. 3D конструкции связанных линий и их применение в СВЧ устройствах // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.5.8

Литература

  1. Малютин Н. Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе. - 1990. - 164 с.
  2. Сычев А. Н., Стручков С. М. Системы параметров одинаковых связанных линий с неуравновешенной электромагнитной связью //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2014. - №. 1 (31). - С. 39-50.
  3. Сычев А. Н. Анализ и синтез несимметричных связанных линий в однородной диэлектрической среде //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2019. - Т. 22. - №. 1. - С. 11-19.
  4. Sychev A. N. et al. Theory of Doubly-Shielded Coupled Lines for Directional Couplers of Various Directivity Types with Impedance Transformation //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2022. Vol. 71. - no. 5. - P. 2104-2117.
  5. Cohn S. B. Characteristic impedances of broadside-coupled strip transmission lines //IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1960. - Т. 8. - no. 6. - P. 633-637.
  6. Шлее В. Р., Ефименко А. В., Воронин М. Я. Рельефные связанные микрополосковые линии //Радиотехника и электроника. - 1983. - №. 6. - С. 1064-1071.
  7. Авторское свидетельство № 653655 A1 СССР, МПК H01P 5/18. Трехдецибельный микрополосковый направленный ответвитель: № 2481377: заявл. 25.04.1977: опубл. 25.03.1979 / Воронин М.Я., Шлее В.Р., Аубакиров К.Я.; заявитель Новосибирский электротехнический институт.
  8. Гвоздев В.И., Нефёдов Е.И Объемные интегральные схемы СВЧ. - М.: Наука, 1985. - 255 с.
  9. Konishi Y., Awai I., Fukuoka Y. Newly proposed vertically installed planar circuit and its application //IEEE transactions on broadcasting. - 1987. - №. 1. - С. 1-7.
  10. Konishi Y. et al. A directional coupler of a vertically installed planar circuit structure //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 1988. - Т. 36. - №. 6. - P. 1057-1063.
  11. Ang K. S., Lee C. H., Leong Y. C. A broad-band quarter-wavelength impedance transformer with three reflection zeros within passband //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2004. - Т. 52. - №. 12. - P. 2640-2644.
  12. Lu W. J., Ang K. S., Mouthaan K. A broadband quarter-wavelength impedance transformer using vertically installed planar coupler //2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium. - IEEE, 2011. - С. 1-4.
  13. Liu W. J. et al. A wideband tunable reflection-type phase shifter with wide relative phase shift //IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. - 2017. - Т. 64. - no. 12. - P. 1442-1446.
  14. Sychev A. N. et al. A novel trans-directional coupler based on vertically installed planar circuit //2015 European Microwave Conference (EuMC). - IEEE, 2015. - P. 283-286.
  15. Сычев А. Н., Стручков С. М., Рудый Н. Ю. Трёхкаскадный транснаправленный ответвитель Х-диапазона //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2015. - №. 4 (38). - С. 12-16.
  16. March S. A wideband stripline hybrid ring (correspondence) //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1968. - Т. 16. - no. 6. - P. 361-361.
  17. Chi C. H., Chang C. Y. A new class of wideband multisection 180/spl deg/hybrid rings using vertically installed planar couplers //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2006. - Т. 54. - no. 6. - P. 2478-2486.
  18. Ahn H. R., Kim B. Small wideband coupled-line ring hybrids with no restriction on coupling power //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2009. - Т. 57. - no. 7. - P. 1806-1817.
  19. Ahn H. R., Tentzeris M. M. Wideband and compact impedance-transforming 90° DC blocks with symmetric coupled transmission-line sections //IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. - 2018. - Т. 9. - no. 1. - P. 80-87.
  20. Lee K. J. et al. Design of Wideband Vertically Installed Planar (VIP) Coupler //The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science. - 2023. - Т. 34. - no. 2. - P. 111-115.
  21. Ahn H. R. et al. Coupled lines for wearable power dividers: Coupled transmission-line sections for power dividers in wearable and flexible RF electronics //IEEE Microwave Magazine. - 2020. - Т. 21. - no. 2. - P. 66-87.
  22. Chen Q. P. et al. Design of a compact wideband Butler matrix using vertically installed planar structure //IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. - 2018. - Т. 8. - no. 8. - P. 1420-1430.
  23. Sychev A. N. et al. Modeling of the vertically installed planar coupled lines by the numerical conformal transformation technique //2017 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization for RF, Microwave, and Terahertz Applications (NEMO). - IEEE, 2017. - P. 106-108.
  24. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ, 2-изд., перераб. и доп. - М.: Советское радио, 1971. - 388 с.
  25. Малютин Н. Д., Ильин А. А., Лощилов А. Г. Синтез нерегулярных рельефных связанных микрополосковых линий методом "выращивания" //СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (СйМЮо-2010): матер. - 2010. - С. 745-747.
  26. Малютин Н. Д., Соломоник И. Ш., Воробьев П. А. Расчет емкости несимметричной зигзагообразной полосковой линии //Известия высших учебных заведений Министерства высшего и среднего специального образования СССР. Радиоэлектроника. - 1971. - Т. 14. - №. 5. - С. 489-493.
  27. Sychev A. N., Dolgushin M. E. Analysis of the broad-side coupled lines on the vertical substrate using the numerical conformal transformations //2010 20th International Crimean Conference" Microwave & Telecommunication Technology". - IEEE, 2010. - P. 636-638.
  28. Zhao C., Awai I. Applications of the finite difference techniques to the compensated VIP 3 dB directional coupler //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 1996. - Т. 44. - no. 11. - P. 2045-2052.
  29. Fusco V. F. Microwave circuits: Analysis a.computer-aided design / Vincent F. Fusco. - Englewood Cliffs (N. J.): Prentice-Hall intern. Cop.1987. - X, 358 с
  30. Малютин Г.А. Оптимизация алгоритма расчёта полосковых структур методом сеток // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научно-практической конференции. - 2021. - № 1-1. - С. 100-103.
  31. Сычев А.Н. Комбинированный метод частичных емкостей и конформных отображений для анализа многомодовых полосковых структур. - Томск: Томск. Гос. Ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. - 138 с.
  32. Лощилов А. Г. и др. Синтез связанных полосковых линий с гетерогенным диэлектрическим заполнением //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2022. - Т. 25. - №. 1. - С. 7-16.
  33. Лощилов А. Г. и др. Расчетно-экспериментальный метод измерения частотной зависимости фазовых скоростей синфазных и противофазных волн в связанных линиях с неуравновешенной электромагнитной связью //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2022. - Т. 25. - №. 4. - С. 19-27.
  34. Малютин Н.Д. и др. Способ измерения частотной зависимости фазовых скоростей синфазных и противофазных волн в связанных линиях с неуравновешенной электромагнитной связью. Патент № 2796206 C1 Российская Федерация. Заявлен 21.11.2022. Опубликован 17.05.2023.
  35. Малютин Н.Д., Чинь Т.Т., Малютина А.Н. Решение обратных задач при синтезе связанных полосковых линий с неуравновешенной электромагнитной связью // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. - 2021. - № 3. - С. 196-197.
  36. Малютин Н. Д. и др. Регулярные и нерегулярные многосвязные полосковые и проводные структуры и устройства на их основе. - 2012. - 168 с.
  37. Воробьев П.А., Соломоник И.Ш., Малютин Н.Д. Управляемый полосковый фазовращатель // А. с. 344784 СССР. Заявлен 26.02.69. Зарегистрирован 06.04.72.
  38. Воробьев П.А., Малютин Н.Д., Соломоник И.Ш. Полосковый фазовращатель // А. с. 432843 СССР. Заявлен 05.03.1972. Опубликовано: 1975.07.05
  39. Сычев А.Н., Стручков С.М., Рудый Н.Ю. Синтез идеального фазового отношения для ответвителей на связанных линиях по заданному типу направленности // Доклады ТУСУР. - 2017. - Т. 20, № 2. - С. 15-18.
  40. Thanh T. T., Malyutin G. A., Loschilov A. G. Features of frequency response transformations of RLC circuits into opposite response when using them as a load of coupled strip lines with unequal waves phase velocities //2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). - IEEE, 2022. - P. 1-4.
  41. Sychev A. N. et al. Special aspects in interference of in-phase and anti-phase waves with unequal phase velocities in coupled lines under pulse impact //Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2020. - Т. 1679. - no. 2. - P. 022023.
  42. Заболоцкий А.М. Временной отклик многопроводных линий передачи // Томск: Том. гос. ун-т, 2007. - 152 с.
  43. Костелецкий В. П. и др. Разработка устройства защиты от сверхкоротких импульсов для цепей электропитания бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Журнал радиоэлектроники. - 2022. - №. 8. - С. 1-19.
  44. Samoylichenko M. A. et al. Electrical characteristics of a modal filter with a passive conductor in the reference plane cutout //IEEE Transactions on electromagnetic compatibility. - 2020. - Т. 63. - №. 2. - С. 435-442.
  45. Samoylichenko M. A., Gazizov T. R. Additional Pulses in the Time Response of a Modal Filter on a Double-Sided Printed Circuit Board //Electrica. - 2022. - Т. 22. - №. 1. - P. 7-15.
  46. Гипсман А. И., Красноперкин В. М., Силин Р. А. Расчёт многополосковых линий и устройств //Антенны/Под ред. АА Пистолькорса. М.: Радио и связь. - 1986. - №. 34. - С. 52-68.
  47. Harrington R. F. Losses on multiconductor transmission lines in multilayered dielectric media //IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 1984. - Т. 32. - no. 7. - P. 705-710.
  48. Малютин Н. Д., Лощилов А. Г., Семёнов Э. В. Квази-Т-волны в комбинированных структурах на основе нерегулярных линий передачи с сосредоточенными неоднородностями //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2005. - №. 4 (12). - С. 42-49.
  49. Малютин Н. Д., Лощилов А. Г., Семенов Э. В. Квази-Т-волны в комбинированных структурах на нерегулярных связных линиях //Электронные средства и системы управления. - 2005. - С. 125-129.