ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 6 · РАДИОТЕХНИКА

Синтез модальных и погонных параметров несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком

А.Н. Сычев1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.6.7 УДК 621.372 EDN ZUVPJV

Аннотация

Предложена методика синтеза несимметричных связанных линий передачи в неоднородном диэлектрике, заключающаяся в выборе рабочих физически обоснованных модальных параметров, по которым рассчитываются первичные параметры - погонные емкости и индуктивности. За основу берутся три импедансных параметра (характеристический импеданс, коэффициенты трансформации и связи), одно из модальных напряжений и пара модальных диэлектрических проницаемостей. Все исходные данные, выбранные для синтеза, имеют известные области допустимых значений и ясный физический смысл. Исследованы ранее малоизученные особенности и взаимозависимости параметров, включая импедансные и фазовые. Для демонстрации возможностей методики представлены синтезированные численные значения модальных и погонных параметров оригинальных 3-дБ мостов. Результаты могут быть полезны при разработке новых конструкций связанных линий и создании на их основе СВЧ-устройств с уникальными характеристиками.

  • связанные линии
  • модальные напряжения
  • модальные параметры
  • погонные емкости
  • погонные индуктивности
  • коэффициент трансформации
  • коэффициент связи
  • характеристический импеданс
Abstract (in English)

Synthesis of modal and distributed parameters of asymmetric coupled lines with inhomogeneous dielectrics

A technique for synthesizing asymmetrical coupled transmission lines with inhomogeneous dielectrics is proposed, which consists in choosing working physically based modal parameters from which the primary parameters - per-unit-length capacitance and inductance - are calculated. Three impedance parameters are taken as a basis (characteristic impedance, transformation and coupling coefficients), one of the modal voltages and a pair of modal dielectric constants. All selected for synthesis initial data have known ranges of acceptable values and a clear physical meaning. Previously little-studied features and interdependencies of parameters, including impedance and phase, were investigated. To demonstrate the technique capabilities, synthesized numerical values of the modal and distributed parameters of the original 3-dB hybrids are presented. The results can be useful in developing new coupled line designs and creating microwave devices with unique characteristics based on them.

Для цитирования

Сычев А.Н. Синтез модальных и погонных параметров несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.7

Литература

  1. Sychev A. N., Struchkov S. M., Rudyi N. Y. A transdirectional coupled-line coupler with a vertical insert //25th Int. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2015). - 2015. - P. 6-12.
  2. Sytchev A. N. A novel loaded switched line phase shifter based on 3-D structure with meander-line //Proc. APMC. - 1998. - V. 2. - P. 489-492. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.1.3539.0809
  3. Jensen T. et al. Coupled transmission lines as impedance transformer // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 2007. - V. 55. - №. 12. - P. 2957-2965. http://doi:10.1109/TMTT.2007.909617
  4. Abbasi M., Zirath H., Angelov I. Q-, V-, and W-band power amplifiers utilizing coupled lines for impedance matching //2008 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Digest. - IEEE, 2008. - P. 863-866. http://doi:10.1109/MWSYM.2008.4632969
  5. Wincza K., Gruszczynski S., Kuta S. Approach to the design of asymmetric coupled-line directional couplers with the maximum achievable impedance-transformation ratio //IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 2012.- V. 60. - № 5. - P. 1218-1225. http://doi:10.1109/TMTT.2012.2187065
  6. Piekarz I. et al. Low-cost fully additively manufactured passive microwave components exploiting available 3D flexibility //Scientific Reports. - 2023. - V. 13. - № 1. - P. 2886. https://doi.org/10.1038/s41598-023-30163-4
  7. Cristal E. G. Coupled-transmission-line directional couplers with coupled lines of unequal characteristic impedances //IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1966. - V. 14. - №. 7. - P. 337-346. http://doi:10.1109/TMTT.1966.1126266
  8. Krage M. K., Haddad G. I. Characteristics of coupled microstrip transmission lines-I: Coupled-mode formulation of inhomogeneous lines //IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1970. - V. 18. - №. 4. - P. 217-222. http://doi:10.1109/TMTT.1970.1127192
  9. Marx K.D. Propagation modes, equivalent circuits, and characteristic termination for multiconductor transmission lines with inhomogeneous dielectrics // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1973. - V.21. - № 7. - P. 450-457. http://doi:10.1109/TMTT.1973.1128032
  10. Tripathi V.K. Asymmetric coupled transmission lines in an inhomogeneous medium // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques., 1975. - V. 23. - № 9. - P. 734-739. http://doi:10.1109/TMTT.1975.1128665
  11. Малютин Н. Д. Матричные параметры неодинаковых связанных полосковых линий с неоднородным диэлектриком //Радиотехника и электроника. - 1976. - Т. 21. - №. 12. - С. 2473-2478.
  12. Speciale R.A. Even- and odd-mode for nonsymmetrical coupled lines in nonhomogeneous media // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1975. - V. 23. - № 11. - P. 897-908. http://10.1109/TMTT.1975.1128709
  13. Sachse K. The scattering parameters and directional coupler analysis of characteristically terminated asymmetric coupled transmission lines in an inhomogeneous medium // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1990. - V. 38. - №. 4. - P. 417-425. http://doi:10.1109/22.52583
  14. Tsai C.M., Gupta K.C. A generalized model for coupled lines and its applications to two-layer planar circuits //IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 1992. - V. 40. - №. 12. - P. 2190-2199. https://doi:10.1109/22.179880
  15. Mongia R., Bahl I. J., Bhartia P. RF and microwave coupled-line circuits. - 1999. - 520 р.
  16. Сычев А.Н., Стручков С.М. Системы параметров одинаковых связанных линий с неуравновешенной электромагнитной связью // Доклады ТУСУР. - 2014. - № 1 (31). -C. 39-50.
  17. Сычев А.Н., Рудый Н.Ю. Параметры несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком // Доклады ТУСУР. - 2018. - Т. 21, № 4-1. - C. 7-15.
  18. 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.
  19. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. - Изд. 2-е. - М.: Связь, 1971. - 388 с.
  20. Сычев А.Н. Анализ и синтез несимметричных связанных линий в однородной диэлектрической среде // Доклады ТУСУР. - 2019. - Т. 22, № 1. - С. 11-19.
  21. Sychev A. N. et al. Theory of Doubly-Shielded Coupled Lines for Directional Couplers of Various Directivity Types with Impedance Transformation // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. - 2023. - V. 71. - № 5. - P. 2104-2117. http://doi:10.1109/TMTT.2022.3227310
  22. Mao J. F., Wing O., Chang F. Y. Synthesis of coupled transmission lines //IEEE Trans. on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. - 1997. - V. 44. - № 4. - P. 327-337. http://doi:10.1109/81.563622