Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов


https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000111

Полный текст:


Аннотация

В обзоре проведен анализ результатов, достигнутых в области микрополосковых направленных ответвителей за период с 2010 по 2017 годы.

В работе рассмотрены конструктивные особенности более двадцати оригинальных или модифицированных квадратурных микрополосковых направленных ответвителей функционирующих в УВЧ и СВЧ диапазонах. Большое внимание уделяется способам уменьшения габаритных размеров традиционных шлейфных, печатных и ответвителей на связанных линиях, расширению функциональных возможностей по их применению в нескольких частотных диапазонах, подавлению гармоник высших порядков вплоть до шестой, расширению рабочей полосы частот до нескольких октав, изменению типа направленности ответвителей с боковой связью с противонаправленного на сонаправленную и транснаправленную. Полученные результаты достигнуты благодаря замещению четвертьволновых отрезков линий на их эквивалентные микрополосковые П – и T– структуры и их комбинации, квазифрактальной топологической реализации устройств, применению композитных линий передачи, обладающими свойствами метаматериалов, использованию дефектов различной формы в плоскости заземления, выборкам в сигнальном слое металлизации, фильтрам нижних частот в варианте совмещения высокоомных и низкоомных линий, применению апертур связи специальной формы в многослойных ответвителях с лицевой связью, которые позволяют компенсировать разности фазовых длин отрезков связанных линий для четной и нечетной мод, что позволило значительно улучшить характеристики ответвителей. Дано краткое описание топологий ответвителей, эквивалентных схем и макетов устройств, приведены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, полученные с помощью моделирования в системах автоматизированного проектирования, также представлены результаты измерений изготовленных макетов микрополосковых направленных ответвителей. Результаты работы могут быть интересны разработчикам СВЧ устройств, а также с точки зрения дальнейшего изучения с целью поиска и совершенствования известных конструкций ответвителей.


Об авторах

А. В. Останков
Воронежский государственный технический университет, Воронеж
Россия

Останков Александр Витальевич

д.т.н., доцент, профессор кафедры радиотехники



Н. Н. Щетинин
Воронежский институт ФСИН России, Воронеж
Россия

Щетинин Никита Николаевич

преподаватель кафедры основ радиотехники и электроники



Список литературы

1. Guowei Lian, Zhang Wang, Zhouyan He, Zhiguang Zhong, Leming Sun, Mudan Yu. A new miniaturized microstrip branch-line coupler with good harmonic suppression // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2017. Vol. 67. Pp. 61-66. DOI: 10.2528/PIERL17021901

2. Kazerooni М., Aghalari M. Size reduction and harmonic suppression of rat-race hybrid coupler using defected microstrip structure // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2011. Vol. 26. Pp. 87-96. DOI: 10.2528/PIERL11071704

3. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) // Журнал технической физики. 2013. № 1. С. 3 28.

4. He-Xiu Xu, Guang-Ming Wang, Jian-Gang Liang. Novel composite right-/left handed transmission lines using fractal geometry and compact microwave devices application // Radio Science. 2011. Vol. 46. No. 5. Pp. 1-11. DOI: 10.1029/2010RS004617

5. Sun L., Yin Y.-Z., Lei X., Wong V. A novel miniaturized branch-line coupler with equivalent transmission lines // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2013. Vol. 38. Pp. 35-44. DOI: 10.2528/PIERL13011302

6. Ghatak R., Pal M., Sarkar B. Realization of miniaturized quadrature hybrid coupler with reduced length branch arms using recursively loaded stubs // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2013. Vol. 43. Pp. 45-54. DOI: 10.2528/PIERL13071304

7. Song L., Nie Y. A miniaturized directional coupler using complementary split ring resonator and dumbbell-like defected ground structure // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2016. Vol. 63. Pp. 53-57. DOI: 10.2528/PIERL16060302

8. Khandelwal M.K., Kanaujia B.K., Kumar S. Defected ground structure: fundamentals, analysis and applications in modern wireless trends // Intern. J. of Antennas and Propagation. 2017. Vol. 2017. Article ID 2018527. 22 p. DOI: 10.1155/2017/2018527

9. Dao-zhi Wei, Hui-yong Zeng, Zhong-wu Yu. Compact branch-line coupler using composite right/left-handed transmission lines with novel CSSRR // 2nd Intern. conf. on consumer electronics, communications and networks: CECNet 2012 (Yichang, China, April 21-23, 2012): Proc. N.Y.: IEEE, 2012. Pp. 218-221. DOI: 10.1109/CECNet.2012.6201447

10. Kyo-Soon Choi, Ki-Cheol Yoon, Jae-Yeong Lee, Choul-Ki Lee, Seong-Cheol Kim, Ki-Byoung Kim, Jong-Chul Lee. Compact branch-line coupler with harmonics suppression using meander T-shaped line // Microwave and Optical Technology Letters. 2014. Vol. 56. No. 6. Pp. 1382-1384. DOI: 10.1002/mop.28331

11. Nosrati M., Virdee B.S. Realization of a compact branch-line coupler using quasi-fractal loaded coupled transmission-lines // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2010. Vol. 13. Pp. 33-40. DOI: 10.2528/PIERC10031303

12. Летавин Д.А. Миниатюрные конструкции микрополосковых мостовых устройств // Изв. Самарского науч. центра Российской акад. наук. 2016. Т. 18. № 2-3. С. 917 921.

13. Letavin D.A., Mitelman Yu.E., Chechetkin V.A. Investigation of the frequency influence on the miniaturization efficiency of microstrip devices using LPFs // 10th Eur. conf. on antennas and propagation: EuCAP 2016 (Davos, Switzerland, April 10-15, 2016): Proc. N.Y.: IEEE, 2016. DOI: 10.1109/EuCAP.2016.7481614

14. Wei-Shin Chang, Chi-Yang Chang. A high slow-wave factor microstrip structure with simple design formulas and its application to microwave circuit design // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2012. Vol. 60. No. 11. Pp. 3376-3383. DOI: 10.1109/TMTT.2012.2216282

15. Chao-Hsiung Tseng, Chin-Lin Chang. A rigorous design methodology for compact planar branch-line and rat-race couplers with asymmetrical T-structures // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2012. Vol. 60. No. 7. Pp. 2085-2092. DOI: 10.1109/TMTT.2012.2195019

16. Sun S., Zhu L. Miniaturised patch hybrid couplers using asymmetrically loaded cross slots // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2010. Vol. 4. No. 9. Pp. 1427-1433. DOI: 10.1049/iet-map.2009.0293

17. Cao Y., Wen J., Hong H., Liu J. Design of planar dual-band branch-line coupler with Π-shaped coupled lines // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2015. Vol. 55. Pp. 113-120. DOI: 10.2528/PIERL15061902

18. Han Y.-L., Jiao Y.-C., Ni T., Weng Z.-B. Novel compact dual-band branch-line couplers with half elliptical-ring impedance stub lines // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2015. Vol. 56. Pp. 9-15. DOI: 10.2528/PIERL15072802

19. Kuo-Cheng Chin, Ken-Min Lin, Yen-Hsiu Wei, Tzu-Hao Tseng, Yu-Jie Yang. Compact dual-band branch-line and rat-race couplers with stepped-impedance-stub lines // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2010. Vol. 58. No. 5. Pp. 1213-1221. DOI: 10.1109/TMTT.2010.2046064

20. Гвоздев В.И., Нефёдов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. М.: Наука, 1985. 255 с.

21. Taravati S., Khalaj-Amirhosseini M. Compact dual-band stubless branch-line coupler // J. of Electromagnetic Waves and Applications. 2012. Vol. 26. No. 10. Pp. 1323-1331. DOI: 10.1080/09205071.2012.699393

22. Ke Lu. An efficient method for analysis of arbitrary nonuniform transmission lines // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 1997. Vol. 45. No. 1. Pp. 9-14. DOI: 10.1109/22.552026

23. Khalaj-Amirhosseini M. Analysis of coupled or single nonuniform transmission lines using step-by-step numerical integration // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2006. Vol. 58. Pp. 187-198. DOI: 10.2528/PIER05072803

24. Khalaj-Amirhosseini M. Analysis of coupled or single nonuniform transmission lines using Taylor’s series expansion // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2006. Vol. 60. Pp. 107-117. DOI: 10.2528/PIER05101901

25. Paul C.R. Analysis of multiconductor transmission lines. 2nd ed. Hoboken: Wiley-Interscience: IEEE Press, 2008. 780 p.

26. Jizat N.M., Rahim S.K.A., Rahman T.A., Abdulrahman A.Y., Sabran M.I., Hall P.S. Miniaturized size of dual-band-meandered branch-line coupler for WLAN application // Microwave and Optical Technology Letters. 2011. Vol. 53. No. 11. Pp. 2543-2547. DOI: 10.1002/mop.26312

27. Yae Suk Jeong, Tae Wook Kim. Design and analysis of swapped port coupler and its application in a miniaturized Butler matrix // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2010. Vol. 58. No. 4. Pp. 764-770. DOI: 10.1109/TMTT.2010.2041571

28. Liu H., Fang S.-J., Wang Z., Zhou Y. Miniaturization of trans-directional coupled line couplers using series inductors // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2014. Vol. 46. Pp. 171-177. DOI: 10.2528/PIERC13122201

29. Arnedo I., Arregui I., Chudzik M., Teberio F., Lujambio A., Benito D., Lopetegi T., Laso M.A.G. Passive microwave component design using inverse scattering: theory and applications // Intern. J. of Antennas and Propagation. 2013. Vol. 2013. Article ID 761278. 10 p. DOI: 10.1155/2013/761278

30. Калинин Ю.Е., Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковый двухшлейфный направленный ответвитель со специальными характеристиками // Радиотехника. 2016. № 6. С. 44-49.

31. Банков С.Е., Пангонис Л.И., Фролова Е.В. Проектирование и экспериментальное исследование антенной решетки на EBG-волноводах // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55.

32. № 11. С. 1296-1310.

33. Keshavarz R., Movahhedi М. A compact and wideband coupled-line coupler with high coupling level using shunt periodic stubs // Radioengineering. 2013. Vol. 22. No. 1. Pp. 323-327.

34. Беляев Б.А., Сержантов A.M., Бальва Я.Ф., Лексиков А.А., Галеев Р.Г. Новая конструкция миниатюрного микрополоскового резонатора на основе встречно-штыревой структуры // Письма в журнал технической физики. 2014. Т. 40. № 22. С. 52-60.

35. Нечаев Ю.Б., Щетинин Н.Н. Широкополосная матрица Батлера на основе направленного ответвителя с апертурной связью // Теория и техника радиосвязи. 2011. № 4. С. 43-48.

36. Moradian М. Improving isolation of slot-coupled directional couplers with weak and tight couplings // IET Microwaves Antennas & Propagation. 2015. Vol. 9. No. 14. Pp. 1645-1652. DOI: 10.1049/iet-map.2015.0219

37. Moscoso-Martir A., Molina-Fernandez I., Ortega-Monux А. High performance multi-section corrugated slot-coupled directional couplers // PIER Letters (Progress in Electromagnetics Research Letters). 2013. Vol. 134. Pp. 437-454. DOI: 10.2528/PIER12111504

38. Nedil М., Mohamed A. El Cafsi, Denidni T.А., Gharsallah A. Novel UWB CB-CPW Butler matrix for wireless applications // 2014 IEEE Antennas and Propagation Soc. Intern. symp.: APSURSI 2014 (Memphis, USA, July 6-11, 2014): Proc. N.Y.: IEEE, 2014. Pp. 1800-1801. DOI: 10.1109/APS.2014.6905226

39. Cheng-Hsien Liang, Wei-Shin Chang, Chi-Yang Chang. Enhanced coupling structures for tight couplers and wideband filters // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2011. Vol. 59. No. 3. Pp. 574-583. DOI: 10.1109/TMTT.2010.2094202

40. Yongle Wu, Weinong Sun, Sai-Wing Leung,Yinliang Diao, Kwok-Hung Chan, Yun-Ming Siu. Single-layer microstrip high-directivity coupled-line coupler with tight coupling // IEEE Trans. on Microwave Theory and Technique. 2013. Vol. 61. No. 2. Pp. 746-753. DOI: 10.1109/TMTT.2012.2235855


Дополнительные файлы

Для цитирования: Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов. Радиостроение. 2017;(5):1-37. https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000111

For citation: Ostankov A.V., Shchetinin N.N. UHF and SHF Micro-strip Directional Couplers. Radio Engineering. 2017;(5):1-37. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000111

Просмотров: 535

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)