CC BY
33
Частотна залежшсть коефщента вщбиття антени з боку хвилеводу наведена на рис.3а (крапки - вимiрянi значення). Розраховаш нормованi зна-чення модулiв амплiтуд змушених ко-ливань парщальних ДР показанi на рис. 3б. Положення ДР 1-3 вибиралося з умови мшмального значення бiчних пелюстюв i рiвностi ширини головного пелюстка в ортогональних площи-нах x0y i y0z. Дiаграма спрямованост
антени в площинах x0z -|e(0,0)|2, та y0z - |е( 0, п / 2)|2 наведена на рис. 4 (крап- Рис. 4^аграма випромiнювання ки результати вимiрiв). Використанi ДР з s1r = 82, QD = 1/tg5 = 1800, вщно-шенням висоти к дiаметру - А = L /(2r0) = 0,2. Хвилевщ - 58 х 25 мм2.
Висновки
Отриманi данi показують можливють побудови iз застосуванням нашв-цилiндричних ДР антени см-дiапазону з однопелюстково! дiаграмою спря-мованостi, яка мае малi розмiри, вираженi селективш властивостi, шдвище-ну завадозахищенiсть й може бути використана в системах Wi-Fi, WiMAX, ш.
Лггература
1. Трубин А.А. Резонансные диэлектрические антенны // Тр. 14-й Межд. Крымской конференции. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". Севастополь. 2004, с. 366-367.
2. Трубш О.О., Шмиглюк Г.С. Моделювання параметрiв антенно! решiтки на циш-ндричних дiелектричних резонаторах // Вюник Ки!в. политехн. iн-та. Радютехнь ка. Радiоапаратобудування. - 2006.- Вып. 33. С. 101-108.
Трубин А. А., Новиков В.И. Планарная антена для системы Wi-Fi на диэлектрических резонаторах.
Приведены результаты исследования антенны для системы безпроводного доступа, которая имеет однолепестковую диаграмму направленности, планарна и состоит из 4-х диэлектрических резонаторов.
A. Trubin, V. Novikov Planar antenna for system Wi-Fi on dielectric resonators
The results of research of the aerial for system without of the conductor access are given which has of the single diagram of an orientation, plate and consists from 4 of the dielectric resonators.
УДК 621.373
ШТЕГРАЛЬШ ГЕНЕРАТОРЫ МОДУЛ1 М1Л1МЕТРОВОГО Д1АПАЗОНУ
Каштанов С.Ф., Гололобов В.П.
Представлен конструкци ¡нтегральних генераторних модул1в мм- Ыапазону з складанням потужностей окремих дюд1в та пасивною параметричною стабшзащею.
Вступ. Постановка задач1
При проектуванш малогабаритних штегральних генераторних модулiв
(ГМ) мшметрового (мм) дiапазону як на фжсовану частоту, так i широко-дiапазонних (зi змiною частоти за допомогою вар акторiв), одними з най-бiльш актуальних технiчних задач е пiдвищення рiвня потужностi та забез-печення високо! температурно! стабшьност частоти (ТСЧ) вихiдного сигналу ГМ. Метою дано! роботи е одночасне виршення цих двох задач, в рамках розробки [1-3] ГМ з вщповщними техшчними характеристиками.
Методи ви|мшення задач1
Пiдвищення рiвня потужност вихiдного сигналу в ГМ, яю розглядають-ся в цiй робот^ досягаеться за рахунок використання такого прогресивного на даний час методу, як складання потужностей окремих дiодiв з негатив-ним динамiчним опором (ЛПД, дюди Ганна) на рiвнi напiвпровiдникових кристалiв, що, в свою чергу, дозволяе забезпечити 100% рiвень коефщенту корисно! ди щодо складання потужностей [1-2]. За звичай, в резонансних системах багатодюдних ГМ використовуеться зус^чно-послщовне вклю-чення як дiодiв з негативним динамiчним опором, так i варакторiв, що дозволяе не тшьки здiйснити ефективне складання потужностей окремих дю-дiв з негативним динамiчним опором, а i зменшити, а при вiдповiдному ви-борi параметрiв дiодiв практично звести до нуля негативний вплив нелшш-ност емностей дiодiв на роботу ГМ i за рахунок цього тдвищити сталiсть автоколивань в резонансних системах багатодюдних ГМ, покращити шумо-вi та спектральнi характеристики сигналiв, що мае особливе значення при використанш низькодобротних резонансних систем [2].
Для шдвищення ТСЧ вихщних сигналiв ГМ використовувався найбiльш простий i в той же час достатньо ефективний метод параметрично! стабш-заци з прямою компенсацiею дестабшзуючих факторiв [3,4], а саме вклю-чення в резонанснi системи ГМ додаткових термокомпенсуючих елементiв зосередженого типу, яю i забезпечують реалiзацiю компенсацшних мехаш-змiв прямо! ди. Таюй пiдхiд до вирiшення задачi шдвищення ТСЧ ГМ, яю виготовляються методами гибридно-штегрально! та монолiтно! технологiй, е на даний час найбшьш ефективним i саме з цiе! причини вш i був вико-ристаний у данш роботi. Його застосування дозволило розробити новi ви-сокотехнолопчш конструкцi! багатодiодних iнтегральних ГМ мшметрового дiапазону, а саме ГМ на фжсовану частоту та широкодiапазонного ГМ, в якому змiна частоти здшснюеться за допомогою варакторiв, i при цьому забезпечити достатньо високий рiвень температурно! стабiльностi частоти ГМ в широкому iнтервалi температур.
Застосування такого шдходу дозволило також значно спростити мате-матичне моделювання компенсацшних механiзмiв стабiлiзацi! частоти, а також факторiв, що впливають на дестабшзащю параметрiв розроблених ГМ в залежност вiд змiни температури оточуючого середовища. З ураху-ванням результатiв математичного моделювання були розроблеш програ-ми розрахунюв запропонованих iнтегральних ГМ, яю дозволяють у будь якому заданому дiапазонi температур знайти усi основш !х характеристики: частоту, потужшсть, сталiсть автоколивань, частотний дiапазон роботи,
а також коефщент температурно! чутливост частоти.
Зазначимо, що особливiстю ГМ, як розглядаються в данiй роботi, е мо-жливiсть використовувати в якостi навантаження !х резонансних систем як хвилеводних, так i хвилеводно-щiлинних лшш передачi.
Експериментальнi результати
На рис. 1а представлена конструкшя 2-х дюдного ГМ на фiксовану частоту, який виконано з використанням хвилеводно-щшинно! лши передачi. Такий ГМ представляе собою вщрь зок прямокутного хвилеводу, в Е-площинi якого встановлена металева пластина 1 iз Т-образною щшиною 2. На боковiй поверхш металево! плас-тини 1 , що виконуе одночасно роль тепловiдводу, методами гибридно-ш-тегрально! технологи виконана резонансна система квазiзосередженного типу, яка включае два безкорпусних дiода 3 з негативним динамiчним опором; два термокомпенсуючих конденсатора 4 (СК) з вщповщним значення дiелектрично! стало!, що включеш безпосередньо в резонансну систему ГМ; вiдрiзки провiдникiв 5, 6, що з'еднують ЛПД вiдповiдно з СК та фшьт-рами кола живлення, що виконанш з протилежно! сторони Т-образно! шд-лини на бiчнiй поверхнi металево! пластини 1 методами тонкоплiвково! технологи (иг1, иг2 - напруги джерел живлення ЛПД).
Шдвищення ТСЧ розробленого ГМ досягаеться за рахунок забезпечен-ня умов взаемного балансу мiж дiею суми уЫх дестабiлiзуючих факторiв, серед яких найбшьш впливовим е температурна залежшсть е^валентно! емностi ЛПД, та дiею конденсаторiв СК. На рис. 1б наведенi залежностi абсолютного вщходу частоти А/ такого ГМ (номшальна частота 61,5 ГГц при температурi 20оС) вiд змiни температури оточуючого середовища вiд -40 °С до +80°С для рiзних значень температурного коефщенту дiелектрично! стали а8 термокомпенсуючих конденсaторiв СК : 1 - а8=0 (компенсaцiя вщ-сутня); 2 - а8=-200*10-6 (режим недокомпенсаци); 3 - а8=-370*10-6 (режим недокомпенсаци); 4 - а8=-400*10-6 (режим оптимально! компенсацй); 5 -а8=-425*10-6 та 6 - а8=-600*10-6 (режим перекомпенсаци). При використаш режиму оптимально! компенсаци (крива 4) коефщент температурно! чут-ливост частоти ГМ в дiaпaзонi вщ -40°С до +80°С не перевищуе по модулю 0,35 МГц/град, що в 10 i бшьш рaзiв менше, нiж при повнш !! вщсутно-стi (крива 1) i еквiвaлентно пiдвищенню ТСЧ ГМ вiдповiдно в 10 i бшьш рaзiв. Цей ефект стае ще бiльшим при зменшенi температурного дiaпaзону роботи ГМ, наприклад, при змш робочих температур вiд +10°С до +80°С, коли його коефiцiент температурно! чутливост частоти вже не перевищуе по модулю 90 кГц/град, що вщповщае шдвищенню ТСЧ вже в 50 i бiльш рaзiв. Суттеве шдвищення ТСЧ розробленого ГМ досягнуто також за ра-
хунок використання режиму оптимально! компенсаци, коли його коефщь ент температурно! чутливост частоти мае знакозмiнний характер вщносно номiнального значення температури оточуючого середовища (Т=20 °С), що е^валентно (додатково) зменшенню дiапазону абсолютного вщходу частоти ГМ в два рази.
Слщ зауважити, що розрахунок параметрiв запропонованих ГМ вико-нувався з використанням спещально розроблених для ще! мети математи-чних моделей, як дозволяють враховувати вплив як компенсацшних меха-нiзмiв стабшзаци частоти, так i факторiв, що дестабшзують параметри ГМ при змiннi температури оточуючого середовища. Враховувався вплив практично уЫх елеменпв конструкци ГМ, що мали хоча б будь-який помь тний вплив на ТСЧ. Результати вимiрювань температурно! чутливостi частоти макету ГМ на фшсовану частоту, в якому в якост дiелектрика кон-денсаторiв СК використовувався матерiал RT/duroid 6010ЬМ з а8= -425*10-6 [5], практично спiвпали з розрахунковими даними, що шдтвердило адеква-тшсть розроблених математичних моделей, а значить i правомiрнiсть !х за-стосування в програмах розрахункiв параметрiв запропонованих ГМ.
Що стосуеться широкод1апазонно-го ГМ, в якому змша частоти здшсню-еться за допомогою варакторiв, то його конструкцiя, наведена на рис. 2а. Резонансна система такого ГМ це резонансна система квазьзосередженого типу, що виконана методами гибридно- штегрально! технологи на боковш поверхнi металево! пластини 1, яка встановлена в ^-плошит прямокутного а б
хвилеводу i мае Т-образну щшину 2. До Рис.2
складу резонансно! системи ГМ входить два безкорпусних дюда з негатив-ним динамiчним опором 3 (ЛПД), що встановлеш безпосередньо на мета-левiй пластинi 1, яка одночасно виконуе i функцi!' тепловiдводу; два безкорпусних варактора 4, як встановлюються на фiльтр кола живлення 5 (ив12 - напруга джерела живлення варакторiв), що виконаний, як i два iнших фь льтра кола живлення 6 (иг1,иг2 - напруги джерел живлення ЛПД) на про-тилежнш сторонi Т-образно! щшини, методами тонкоплiвково! технологi!; вiдрiзки провщниюв 7 та 8, що з'еднують ЛПД вiдповiдно з варакторами 4 та з фшьтрами кола живлення 6; термокомпенсуючi конденсатори 9 (СК1) та 10 (СК2), що з'еднанш вiдрiзками провiдникiв 11 та 12 вщповщно з варакторами та ЛПД.
В конструкщях широкодiапазонних ГМ шдвищення ТСЧ може досяга-тися як при сумюному, так i при роздiльному використанi термокомпенсу-ючих конденсаторiв СК1 та СК2, тобто в його конструкци допускаеться мо-жливiсть використання лише одного з двох термокомпенсуючих конденса-торiв. Крiм того, допускаеться можливiсть використання термокомпенсу-
8 3 7 4 4Г
40 -20 0 20 40 60 -С
ючих конденсаторiв СК1 та СК2 з рiзними значеннями температурного кое-фщенту дiелектрично! стало!
На рис. 2б представленi залежностi абсолютного вiдходу частоти А/ широкодiапазонного ГМ (номiнальна частота £юм вщповщае температурi 20 °С) вiд змiни температури Т °С оточуючого середовища вiд -40 °С до +80 °С для рiзних значень напруги на варакторах (Ub1=Ub2= 0В; -8 В; -16 В). Даш приведет для 4-х дюдного широкодiапазонного ГМ, в якому змь на частоти здшснюеться в межах 64-71 ГГц. ^mi 1 - повна вщсутшсть температурно! компенсаци, ^mi 2 - режим оптимально! температурно! компенсацi! ГМ. В дiапазонi температур вщ -40 °С до +80 °С зменшення коефщенту температурно! чутливост частоти широкодiапазонного ГМ при використанш термокомпенсуючих конденсаторiв СК1 та СК2 складае в усьому частотному дiапазонi в середньому 2 i бшьш разiв. Як i в ГМ на фь ксовану частоту, коефщент температурно! чутливостi частоти даного ГМ при використаш режиму оптимально! компенсаци мае знакозмiнний характер вщносно номiнального значення температури оточуючого середовища (Т=20 °С), що забезпечуе додаткове шдвищення ТСЧ ГМ.
Висновки
В запропонованих конструкщях ГМ мм-дiапазону задачi по шдвищен-ню рiвня потужност та забезпеченню високо! температурно! стабшьност частоти вихiдного сигналу вирiшенi простими та ефективними способами, при цьому рiвень коефщенту корисно! дi! щодо складання потужностей окремих дiодiв з негативним динамiчним опором сягае майже 100%, а кое-фiцiент температурно! чутливост частоти ГМ, завдяки використанню метода пасивно! параметрично! стабшзаци частоти з прямою компенсацiею дестабшзуючих факторiв, може бути зменшений в декшька разiв у широ-кодiапазонних ГМ, та в десятки разiв у ГМ на фiксовану частоту.
Лггература
1. Multichip IMPATT power combining, a summary with new analytical and experimen-
tal results/ C.T.Rucker et al.// IEEE Trans. MTT.-1979. Vol.MTT-27.Dec.P.951-957.
2. Анализ многодиодных ЛПД-генераторов с варикапной перестройкой частоты /С.Ф.Каштанов
// Изв.вузов. Сер. Радиоэлектроника.-1985.-Т.28, N10.- С85-87.
3. Интегральные генераторные модули КВЧ диапазона с повышенной температурной стабиль-
ностью частоты /С.Ф.Каштанов, В.П.Гололобов, В.С.Косинский // Изв. Вузов. Сер. Радио-
электроника.-1998.-Т.41, №3.-С.55-62.
4. Cohen L.D., Sard E. Advances in microwave and mm-wave oscillator and VCO technology
challenge system designers creativity //Microwave J.-1990.V. 33.No.11. P.151, 153-157.
5. http://www.rogerscorporation.com/mwu/pdf/6000data.pdf._
Каштанов С.Ф., Гололобов В.П. Интегральные генераторные модули миллиметрового диапазона
Представлены конструкции интегральных генераторных модулей мм-диапазона с суммированием мощности отдельных диодов и пассивной параметрической стабилизацией
Kashtanov S.F., Gololobov V.P. Millimeter wave integrated generating modules
The designs of integrated generating modules of a millimeter range with summation of capacity of separate diodes and passive parametrical stabilization are submitted
