Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Корчагин А. И., Мещанов В. П., Саяпин К. А., Семенчук В. В., Туркин Я. В., Шерстюков Д. Н. Комплексные исследования фазосмещающих свойств ступенчатой структуры класса II на связанных линиях передачи с несогласованными нагрузками // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 264-274. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-3-264-274, EDN: FAAAZQ

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.08.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 375)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Твердотельная электроника, микро- и наноэлектроника
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.372
DOI: 
10.18500/1817-3020-2021-21-3-264-274
EDN: 
FAAAZQ

Комплексные исследования фазосмещающих свойств ступенчатой структуры класса II на связанных линиях передачи с несогласованными нагрузками

Авторы: 
Корчагин Алексей Игоревич, Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов
Мещанов Валерий Петрович, Научно-производственное предприятие «Ника – СВЧ»
Саяпин Кирилл Александрович, Научно-производственное предприятие «Ника – СВЧ»
Семенчук Виктор Валерьевич, Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов
Туркин Ярослав Вячеславович, Научно-производственное предприятие «Ника – СВЧ»
Шерстюков Дмитрий Николаевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

В работе представлены результаты комплексных исследований фазосмещающих свойств структуры электрической цепи на основе связанных m-ступенчатых линий передачи класса II с несогласованными нагрузками, образованными короткозамкнутым шлейфом (m = 3,5), с применением методов математического моделирования и проведением проверки адекватности математических моделей на основе данных натурного эксперимента. Результаты проведенных исследований показали ее преимущество по сравнению с известными фиксированными фазовращателями на базе связанных m-ступенчатых линий передачи класса II с согласованными нагрузками. Для номинальных значений фазового сдвига φ0 = 45°, 67.5°, 90° и диапазонов частот [f 1 , f 2 ] c коэффициентами перекрытия ϰ = f 1 /f 2 = 2, 2.5, 3 (для m = 3) и ϰ = 3, 3.5, 4 (для m = 5) установлены закономерности изменения электрических длин и волновых сопротивлений чётного и нечётного типов возбуждения связанных линий передачи, а также электрических длин и волновых сопротивлений одиночных линий передачи и шлейфа. На основе полученных в приближении Т-волн решений разработан фиксированный фазовращатель на микрополосковой линии передачи для m = 3, φ0 = 90°, ϰ = 3. Проведено его схемотехническое и электродинамическое моделирование. Изготовлен и исследован опытный образец фазовращателя. Экспериментально полученное значение фазового сдвига составляет 91° ± 1.5°, коэффициент стоячей волны по напряжению не превышает 1.4 в диапазоне частот 0.6–1.5 ГГц. Дан анализ причин отклонения расчетных от экспериментальных характеристик. Полученные в работе решения задачи синтеза могут быть использованы при проектировании устройств фазового смещения радиосигналов сверхвысокочастотного диапазона. 

Ключевые слова: 
фиксированный фазовращатель
связанные линии передачи
короткозамкнутый шлейф
математическое моделирование
метод моментов
Список источников: 
  1. Богданов А. М., Давидович М. В., Кац Б. М., Шикова Л. В. Сверхширокополосные микроволновые устройства / под ред. В. П. Мещанова, А. П. Креницкого. М. : Радио и связь, 2001. 560 с.
  2. Wang W., Liu Y., Wu Y. A Novel Compact Planar Phase Shifter with a Microstrip Radial Stub // Sensors & Transducers. 2014. Vol. 179, iss. 9. P. 201–206.
  3. Muneer B., Zhu Q. Generalized Analysis Method for a Class of Novel Wideband Loaded-Stub Phase Shifters // Radioengineering. 2015. Vol. 24, № 4. P. 927–931. https:// doi.org/10.13164/re.2015.0927
  4. Wang J.-X., Yang L., Liu Y., Wang Y., Gong S.-X. Design of a Wideband Differential Phase Shifter with the Application of Genetic Algorithm // Progress in Electromagnetics Research Letters. 2014. Vol. 48. P. 45–49. https://doi.org/10.2528/PIERL14051503
  5. Zheng S. Y., Chan W. S., Man K. F. Broadband Phase Shifter Using Loaded Transmission Line // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. Vol. 20, № 9. P. 498–500. https://doi.org/10.1109/LMWC.2010.2050868
  6. Alizadeh M. K., Shamsi H., Tavakoli M. B., Aliakbarian H. Simple ladder-like single-layer balanced wideband phase shifter with wide phase shift range and appropriate common-mode suppression // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2020. P. 113 7–1147. https://doi.org/10.1049/iet-map.2020.0221
  7. Geyikoglu M. D., Koc Polat H., Cavusoglu B. Novel design for differential phase shifter structure by using multisection coupled lines // Electronics Letters. 2020. Vol. 56, iss. 11. P. 553–556. https://doi.org/10 .1049/el.2020.0316
  8. Zhang Z., Jiao Y.-C., Cao S.-F., Wang X.-M., Zhang F.-S. Modified Broadband Schiffman Phase Shifter Using Dentate Microstrip and Patterned Ground Plane // Progress in Electromagnetics Research Letters. 2011. Vol. 24. P. 9–16. https://doi.org/10.2528/PIERL11041406
  9. Zhang W.-W., Liu Y., Wu Y., Wang W.-M., Su M., Gao J. A Modified Coupled-Line Schiffman Phase Shifter with Short Reference Line // Progress in Electromagnetics Research C. 2014. Vol. 54. P. 17–27. https://doi.org/10.2528/PIERC14063003
  10. Cao Y., Wang Z., Fang S.-J., Liu Y. A Miniaturized 90° Schiffman Phase Shifter with Open-Circuited Trans-Directional Coupled Lines // Progress in Electromagnetics Research C. 2016. Vol. 64. P. 33–41. https://doi.org/10.2528/PIERC16030401
  11. Мещанов В. П., Метельникова И. В., Фокеев Л. Г. Оптимальный синтез ступенчатых фазовращателей II класса // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, № 12. С. 2341.
  12. Мещанов В. П., Шикова Л. В., Метельникова И. В. Синтез ступенчатых фазовращателей на основе линий передачи с Т-волнами // Радиотехника и электроника. 1988. Т. 2833, № 9. С. 1845–1852.
  13. Liu Q., Liu Y., Shen J. , Li S., Yu C., Lu Y. Wideband Single-Layer 90° Phase Shifter Using Stepped Impedance Open Stub and Coupled-Line With Weak Coupling // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2014. Vol. 24, № 3. P. 176–178. https://doi.org/10.1109/LMWC.2013.2295212
  14. Wu Y., Yao L., Wang W., Liu Y. A Wide-band 180-degree Phase Shifter Using a Pair of Coupled-line Stubs // 2015 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. 2015. P. 240–241. https://doi.org/10.1109/APS.2015.7304506
  15. Алексеев В. В., Мещанов В. П., Семенчук В. В., Шикова Л. В. Сверхширокополосные фиксированные фазовращатели на ступенчатых связанных линиях передачи со шлейфом // Радиотехника. 2015. № 7. С. 26–30.
  16. Мещанов В. П., Фельдштейн А. Л. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ. М. : Связь, 1980. 144 с.
  17. Аристархов Г. М., Алексеев А. А. Широкополосные фазовращатели на связанных микрополосковых линиях с кратными электрическими длинами // Радиотехника. 1987. № 12. С. 58–60.
  18. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М. : Связь, 1965. 352 с.
  19. Справочник по элементам полосковой техники / под ред. А. Л. Фельдштейна. М. : Связь, 1978. 336 с.
  20. Microwave Office. URL: https://www.awr.com/ru/products/microwave-office (дата обращения: 10.04.2020).
  21. Fletcher R. Practical Methods of Optimization. 2nd ed. New York : Wiley, 2000. 456 p.
  22. Габасов Р., Кириллова Ф.М., Тятюшкин А.И. Конструктивные методы оптимизации : в 5 ч. М. : Издво Университетское, 1983. Ч. 1 : Линейные задачи. 214 c.
  23. RO4003C™ Laminates. URL: https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ro4000-series-laminates/ ro4003c-laminates (дата обращения : 10.04.2020).
  24. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование / под ред. В. И. Вольмана. М. : Радио и связь, 1990. 287 с.
  25. Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2013. 432 с.
  26. AWR Design Environment. URL: https://www.awr.com/ru/products (дата обращения: 15.05.2020).
Поступила в редакцию: 
14.02.2021
Принята к публикации: 
07.06.2021
Опубликована: 
31.08.2021
  • 1402 просмотра