Исследование и проектирование современных микрополосковых и полосковых устройств частотной селекции, в том числе с использованием активных сред и на основе фотонных кристаллов

Цель: исследование и создание новых, а также совершенствование уже имеющихся микрополосковых и полосковых устройств частотной селекции с использованием активных сред и на основе фотонных кристаллов. Основными результатами являются усовершенствованные и созданные новые СВЧ-конструкции микрополосковых и полосковых устройств с высокими частотно-селективными свойствами, которые обусловлены малыми потерями мощности в полосах пропускания, высокой прямоугольностью АЧХ и сильным подавлением мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения за счет наличия большого количества полюсов затухания и их расположения по частотам на АЧХ. Показано, что амплитудно-частотные характеристики фильтров с одной и той же относительной шириной полосы пропускания, но реализованных либо на встречно-направленных двухмодовых резонаторах с расщепленным регулярным полосковым проводником, либо на аналогичных сонаправленных резонаторах, существенно отличаются. Синтезированы и экспериментально изготовлены полосно-пропускающие фильтры и фильтры верхних частот на многомодовом резонаторе с нерегулярным проводником в форме прямоугольной рамки. Разработаны новые СВЧ-конструкции на многомодовом резонаторе с проводниками в форме нерегулярного меандра. Экспериментально показана возможность совмещения в многомодовом резонаторе собственных частот до шести нижайших мод колебаний, которые участвуют в формировании полосы пропускания. Для реализации ППФ с относительной шириной полосы пропускания до 95% на основе такого многомодового резонатора был использован подход комбинирования его с одномодовыми резонаторами. Также на основе многомодового резонатора с проводниками в форме нерегулярного меандра реализованы конструкции фильтров низких частот, в том числе и на подвешенной подложке, двухполосных ППФ и широкополосного полосно-пропускающего фильтра с активной средой для защиты от мощного радиоимпульса. Разработаны обладающие высокими частотно-селективными свойствами конструкции фильтров низких частот на основе одномерных фотонных кристаллов. В полосковых устройствах используются крайние четвертьволновые резонаторы, расположенные на одной стороне диэлектрической подложки и заземленные на основание отрезки полосковых проводников - на противоположной. На двумерной структуре с диагональным подключением фазовращателей показана возможность реализовать фильтр с высокими частотно-селективными свойствами. Теоретически исследованы и экспериментально изготовлены оригинальные конструкции диплексеров на основе двумерных фотонных кристаллов различной размерности. Исследованы микрополосковые конструкции фильтров с двумя полосами пропускания, разработанные с использованием принципов построения двумерных фотонных кристаллов. При этом на АЧХ наблюдаются две рядом расположенные по частотам полосы пропускания, каждая из которых сформирована нижайшими модами колебаний полосковых проводников строго определенного ряда. Исследован востребованный в частотно-селективных устройствах, использующих принцип построения фотонных кристаллов, перспективный микрополосковый резонатор с заземленными на основание двумя узкими параллельными отрезками полосковых проводников, соединённых друг с другом широким отрезком проводника, обладающий значительно расширенной полосой заграждения за счет наличия в нем нерегулярности. С использованием таких сонаправленных резонаторов реализован на диэлектрической подложке фильтр с широкой полосой заграждения, обладающий двумерной пространственно-периодической структурой. Разработаны конструкции полосно-пропускающих фильтров, в том числе с оригинальной топологией полосковых проводников. На входе и выходе фильтров присутствуют полуволновые нерегулярные резонаторы, электромагнитно связанные с внутренними четвертьволновыми резонаторами, представляющими собой аналоги пространственно-периодических изменений диэлектрической проницаемости в структуре двумерных фотонных кристаллов.