Розробка принципів побудови інтегральних, гібридних та хвилеводних фазообертачів з використанням діелектричних матеріалів, методи їх розрахунку та п’єзоелектричне керування. Особливості вимірювання електрофізичних параметрів тонких діелектричних плівок.
Застосування антен з вузькими діаграмами направленості в системах навігації та звязку дозволяє підвищити роздільну здатність навігаційного обладнання, зменшити потужність, необхідну для підтримання звязку, і в такий спосіб зменшити взаємний вплив сусідніх каналів. Ключовим елементом системи з електронним керуванням електромагнітним променем є фазообертач, який використовується для керування фазовим зсувом сигналів окремих випромінюючих елементів. Таким фізичним феноменом може бути явище поляризації діелектричних матеріалів, яка зберігається в діапазоні частот аж до інфрачервоного. У певних галузях НВЧ техніки діелектричні матеріали вже зараз здатні успішно конкурувати з традиційно використовуваними феритами та напівпровідниковими матеріалами. Мета дисертаційної роботи полягає у розробці принципів побудови інтегральних, гібридних та хвилеводних фазообертачів з використанням діелектричних матеріалів, створенні методів розрахунку характеристик фазообертачів, експериментальному дослідженні запропонованих фазообертачів, розробці та вдосконаленні методів вимірювання електрофізичних параметрів діелектричних матеріалів, які використовуються для виготовлення фазообертачів.В першому розділі проведено огляд відомих принципів керування фазою надвисокочастотних коливань, наведено їх порівняльні характеристики, а також вказано на обмеження існуючих приладів та їх природу. Однак, принцип дії таких пристроїв ґрунтується на керуванні провідністю напівпровідникового матеріалу, що призводить до підвищених втрат електромагнітної енергії, особливо з переходом в діапазон міліметрових хвиль. Тому за головний напрям дослідження взято пошук шляхів та принципів застосування діелектричних матеріалів як керуючих елементів фазообертачів НВЧ, оскільки явище поляризації діелектриків характеризується значно ширшим діапазоном частот. Разом з тим, привабливим виглядає пошук способів керування НВЧ приладами з використанням діелектричних матеріалів із низькими втратами, але не через безпосередній вплив на властивості матеріалу. Оскільки дисипативні втрати електромагнітної енергії у діелектрику справляють вирішальний вплив рівень втрат у приладі в цілому, застосування для заповнення хвилеводу діелектричних матеріалів із низькими втратами дозволяє забезпечити високий ККД пристрою, що і було підтверджено експериментом.В роботі розроблено теоретичні засади створення фазообертачів надвисоких частот із використанням діелектричних матеріалів як елемента керування та розвязано такі проблеми: Показано доцільність використання діелектричних матеріалів у фазообертачах НВЧ. Застосування діелектриків дозволяє розширити діапазон робочих частот фазообертачів, зменшити втрати електромагнітної енергії, покращити масо-габаритні показники та підвищити надійність. Керування повітряним зазором у частково заповненому діелектриком хвилеводі має високу чутливість і вносить незначні втрати електромагнітної енергії, які переважно визначаються властивостями використовуваних матеріалів. Керування величиною повітряного зазору між діелектричною основою та сигнальним провідником мікрополоскової або копланарної лінії проявляє вискоку чутливість і вносить незначні втрати. З використанням розроблених електродинамічних моделей та програмних засобів проведено дослідження умов збудження та характеристик поширення вищих типів хвиль у хвилеводі з частковим діелектричним заповненням, запропоновано шляхи запобігання збудженню вищих типів хвиль у хвилеводному фазообертачі у процесі його роботи.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
В роботі розроблено теоретичні засади створення фазообертачів надвисоких частот із використанням діелектричних матеріалів як елемента керування та розвязано такі проблеми: Показано доцільність використання діелектричних матеріалів у фазообертачах НВЧ. Застосування діелектриків дозволяє розширити діапазон робочих частот фазообертачів, зменшити втрати електромагнітної енергії, покращити масо-габаритні показники та підвищити надійність.
Запропоновано принцип пєзоелектричного керування хвилеводним діелектричним фазообертачем. Керування повітряним зазором у частково заповненому діелектриком хвилеводі має високу чутливість і вносить незначні втрати електромагнітної енергії, які переважно визначаються властивостями використовуваних матеріалів.
Спосіб пєзоелектричного керування фазовим зсувом передаваної хвилі поширено на гібридну конструкцію. Керування величиною повітряного зазору між діелектричною основою та сигнальним провідником мікрополоскової або копланарної лінії проявляє вискоку чутливість і вносить незначні втрати. При цьому величина керованого зазору, необхідного для ефективної роботи пристрою, складає всього кілька десятків мікрометрів. Тому в таких пристроях можуть бути застосовані низьковольтні, малогабаритні і швидкодіючі пєзоелементи.
Побудовано електродинамічні моделі діелектричних хвилеводного, гібридного та інтегрального фазообертачів. На основі отриманих моделей розроблено комплекс алгоритмів та прикладних програм для розрахунку основних характеристик запропонованих фазообертачів, що дозволяє автоматизувати процес їх проектування.
З використанням розроблених електродинамічних моделей та програмних засобів проведено дослідження умов збудження та характеристик поширення вищих типів хвиль у хвилеводі з частковим діелектричним заповненням, запропоновано шляхи запобігання збудженню вищих типів хвиль у хвилеводному фазообертачі у процесі його роботи.
Проведено теоретичне дослідження характеристик інтегральних ліній передачі на багатошарових діелектричних основах. В результаті аналізу режимів роботи інтегрального фазообертача на основі керованої параелектричної плівки, встановлена необхідність використання широкосмугового узгоджуючого трансформатора. Запропоновано алгоритм автоматизації проектування таких ланок.
Проведено експериментальне дослідження запропонованих конструкцій фазообертачів. Результати вимірювань показують високу ефективність запропонованих конструкцій, добре узгоджуються з теоретичними прогнозами і підтверджують правильність виконаних розрахунків.
Розроблено нерезонансний безелектродний хвилеводний метод вимірювання електрофізичних параметрів тонких діелектричних плівок на діелектричних основах. Запропонований метод використовується для оперативного недеструктивного контролю властивостей тонких плівок. Проведені дослідження дали змогу виробити рекомендації щодо покращення складу та технології виготовлення плівок.
Удосконалено хвилеводний метод вимірювання електрофізичних параметрів діелектричних матеріалів на НВЧ. Завдяки зняттю надлишкових даних та спеціальній процедурі обробки результатів вимірювання сфера застосування методу поширюється як на матеріали з низькими значеннями діелектричної проникності та втрат, так і на матеріали з високими значеннями діелектричної проникності або втрат, наприклад, сегнетоелектрик. Передбачено можливість використання малих зразків вимірюваних матеріалів, якщо не можна отримати зразок, що повністю перекриває поперечний переріз хвилеводу.
Список литературы
Казмиренко В.А., Прокопенко Ю.В. Влияние дисперсии электрофизических параметров материалов на поглощающие свойства абсорбирующих покрытий // «Электроника и связь». 1999.- №6, том II.- с.75-80.
Kazmirenko V. , Prokopenko Y., Pereverzeva L., Poplavko Y., Kim B., Jeong M., Baik. S. Waveguide methods for ferroelectric materials measurement at microwaves // «Электроника и связь».- 2001.- №10.- с. 137-139.
Казміренко В.А., Поплавко Ю.М., Прокопенко Ю.В., Кім Б., Бек С.. Особливості дослідження сегнетоелектриків у хвилеводах НВЧ // «Электроника и связь».-2002.- №14.- с.133-135.
Поплавко Ю.М., Казмиренко В.А., Прокопенко Ю.В., Голубева И.П., Джонг М., Бек С. Диэлектрический фазовращатель с пьезоуправлением // «Электроника и связь».- 2002.- №15, с. 117-120.
Казмиренко В.А. Быстрый метод анализа и проектирования согласующих цепей СВЧ // «Электроника и связь».- 2003.- №18.
Поплавко Ю.М., Казмиренко В.А., Прокопенко Ю.В., Голубева И.П., Джонг М., Бек С. Гибридные диэлектрические фазовращатели с пьезоуправлением // «Электроника и связь».- 2003.- №18.
Kim B., Jeong M., Baik S., Kazmirenko V., Prokopenko Y., Pereverzeva L., Poplavko Y. Microwave investigation of ferroelectric bulk and film materials // 11th International Conference on Microwave and Telecommunication Technology CRIMICO 2001.-2001- P. 600-603.
Kazmirenko V., Prokopenko Y., Pereverzeva L., Poplavko Y., Kim B., Jeong M., Baik S. Measurement of bulk and film ferroelectric materials properties at microwaves // 14th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, MIKON-2002.- 2002,- Vol. 2.- P. 397-400.
Kim B., Kazmirenko V., Jeong M., Poplavko Y., Baik, S. Microwave Dielectric Spectroscopy of Ferroelectric Thin Films // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 720.-2002.- P. H3.2.1-H3.2.6.
Kazmirenko, V., Poplavko, Y., Pereverzeva, L., Prokopenko, Y., Kim, B., Jeong, M., Baik, S. Ferroelectric Thin Film Microwave Examination // 7th Russia-CIS-Baltic-Japan Symposium On Ferroelectricity.-2002.- P. 193.
Poplavko Y., Kazmirenko V., Prokopenko Y., Jeong M., Kim B., Baik S. Contemporary Waveguide Technique for Ferroelectric Materials Study with Vector Network Analyzer // 61-st ARFTG conference «Measurement Accuracy», Boulder. 2003.
Kazmirenko V., Prokopenko Y., Poplavko Y., Kim B., Jeong M., Baik S. Microwave coplanar line phase shifter with paraelectric film (method of analysis) // 11th International Conference on Microwave and Telecommunication Technology CRIMICO 2001.-2001, P. 467-469.
Poplavko Y., Prokopenko Y., Kazmirenko V., Kim B., Jeong M., Baik S. Low loss phase shifter based on piezocontrolled dielectric composite // 12th International Conference on Microwave and Telecommunication Technology CRIMICO 2002.- 2002.- P. 376-378.
Jeong M., Kazmirenko V., Poplavko Y., Kim B., Baik S. Electrically Tunable Phase Shifters With Air-Dielectric Sandwich Structure // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 720.-2002.- P. H3.12.1-H3.12.6.
Poplavko Y., Kazmirenko V., Prokopenko Y., Jeong M., Baik S. Low Loss Phase Shifter Based on PIEZOCONTROLLED Layered Dielectric Structure // International Microwave Symposium, Philadelphia.- 2003.- Р. 437-440.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
