Моделирование планарных волноведущих структур для объемных интегральных схем сверхвысоких частот тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ДШПРОНЕТРОВСЬКИЙ ДБРЖАВНИЙ УШВЕРСИТЕТ

ГГ5 ОД

1 О М\р '/»ПС На правах ружопвсу

I О Ш\Г

Г1ШЛЕПКО ОЛЕКС1Й БОРИСОВИЧ

МОДЕЛЮВАННЯ ПЛАНАРНИХ ХВИЛЕВЕДУЧИХ СТРУКТУР ДЛЯ ОБ'СМНИХ ШТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ НАДВИСОКИХ ЧАСТОТ

01.04.03 - Рад1офюижа

АВТОРЕФЕРАТ

днсертацп на. одобуття наужового ступеня Iандндата фюню-ыатем&тнчнкх наук

ДШПРОВЕ'ГРОВСЬК - 1995

Днссртащею е pyiqimc.

Робота виюнана на жафедн фшижп НВЧ рад1офюичного фажультету Дшпропетровсыого державного университету.

Наужовии жер1впнж: хандпдат фЬижо-матеыатичних наух, доцент Прохода 1ван Георгшопич.

0$iryihri опонгнти: доатор фкзпхо-иатематнчних nays, професор Чумаченхо BiTasia Павлович; жаидпдат фюяхо-математпчних науж, доцент Овсяншов Diirop Володимирович. .

Провщна организации Харж1всьхпй державной ушверснтет.

Захпст вЗдбудеться «Ж" 199 бр. о "Ж." на оасодаиш

Спец'юшаовано] Ради К 03.01.12 пра Дншропетровсьжому державному . ун1версптст! оа адресом (320625, Дшпропгтровсьж, пр. TUrapina, 72, раууофтнчнпй факультет).

3 дкссртиуыэ могша ооланогштиса в б^бл'ютсц) Дшпропетровсмого деркавлого уиЬерснтету (320050, Дшпропетровсы, вуя.Каоажова, 8).

Автореферат роЫслало * fiuswffLQ. 199gp.

Вчений сежрегар

Снец5акшовано1 Ради л,

канд. фш.-мат. науж JU' ^ Ч^ Буланкв М.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность теми. Сучаг.ний роавитох систем ов'яаху та оброб-ки ¡нформацн грунтуеться на останшх досягненнях в роороблеиш та удосхонаяенн) елементно! бапн радюйгектронпо! апаратурн 'PEA) НВЧ д!апапону. JKopcxii внкогн, «i пред'явдяються до PEA i пов'яоаш о необхщшстю тдвшцення шви^хост) передач) та обробхи шформаци, а тахож снижения габарвт!в та ыася PEA, пршюдять до широкого впро-падження у промисловкть uitpoejiei тронних прнстроГв НВЧ, що баоу-ються на вихорнстанш планарних штеградьнях схем (1С) в багатоша-ровому вихонанш - моноштних або об'емнюс штегральннх схем НВЧ (OIC НВЧ) [1J. Перехзд до гатегральиоТ технологи мае передумовою автоматноащю всього процесу рооробхи хоклонент1в та прпстроУв PEA, що пов'язано передусш о роавагхом систем автоматиоованого нроехтування (СаПР). В свою чергу, побудова сучасних САПР OIC НВЧ грунтуеться на створенш ефехтпвиого математичного апарату, що дсюволяе о достатньох» точяктю моделювати процесп рооповсюд-ження хввиь в баоозгос елемеитах штегральннх схем [2].

Сучасш тендеицп в роовлтку штегралыю) техгологй прнводять до того, що багато о математичнпх моделей, яж) впхорпстовують-ся в САПР OIC, стакть даш яехорехтшшя. Tks, в ов'яоху о освоениям fliuneaoHy б1аьш внсохих частот, iBaoi-TEM набликепня не мохе оастосовуватпся для адехватиого ноделювания хвплеведу-чнх структур. Звщск вигогавая кеобх1дшсть вихорнстання строгих' повнохвильових шдход1в, корехтнях а усьому частотному pianaooiii, що вихористовуеться и сучаатх ы>хроелехтроиних прнстроях НВЧ. Зб1льтення пцлыюсп упаговха схемних компонентов не дсюволяе нехтуватн товщинога сыужховнх провщншйв, яха ¡стотно вшшвае на характеристики пв'япанпх по елехтром&гштному полю елемент>в схем. Традвцшш для ¡нтегральних схем м)хросмужхов1, щшннт та копла-napni niHÍT передач! все частше перестають оадов1льндти внмогам ро-оробншйв елементно! баои OIC НВЧ. У той же час, удосхонаясн-ня технологи впробнндтва штегральннх схем оабеопечуе можлнвкть стьорення нових тнгпв хвияепедучнх структур та лристрЛв НВЧ на IX основ). Пошух «ювнх хонструхцшних вир'ниень доя д'шШ пе^^дач), що приводить до ускяаднення топологи останшх, обуионджх Ыткрес до рооробхи уоагальненнх п'щходи, ¿ti доаволять проводити лиал'ю широкого хаасу багагошарових та багатопров!д))ихов»х хвидаксдучвх г.трухтур. Уоагааьненшсть стае на Ц( т час одною о осио»?'*х ияыог, цк>

пред'являються до метод!« моделюналпш 01С НВЧ поруч о точчктю та чнссльною ефектившстю.

Серед повлохвильових методов, що були мод1фковаш для в :ал!оу ба-гатошарових та багатопров]дникових лланарнях шми передач!, мож-иа вид!лити д'га.реттацшш ыетоди [3], яж! дооволлють рдаглддатк хвилеведзги струхтури довЬшного поперечного перерЬу. У той же час, доя данях метод)в характерна погана об!жнкть, ветнжии ро-«зшр характеристично! матриц!1, отже, велик1 внтрати юмп'ютерного часу. Спехтральниб п!дх!д [4] та метод сшгулярних ¡нтегральних ршишь [5], що роогдядаютьав оарао як найбшьш ефехтнвш оасо-би аналюу лланарнях лшш передач!, дають можливкть використо-вуватд при роов'яоуванш оадач на власш хвши характеристичн! матриц! л)днос1Ю невеликого порядку, проте, оастосовшсть даних ме-тод1В обмежена тшыи хвилеведучими структур?'Ш о нескшченно тон-10П1С смужковими провщнихами. На вщмшу В1Д цих шдход^в, метод часткових областей (МЧО) [6] дооволяе враховувати схшченну тов-пщну смужхових пров1Д1Ш11в. Вщомо, що оастосування МЧО приводить до одержана» несхшченнгас систем дшйних алгебраЗчнвх р!внянь (СЛАР), при роов'яоуванш кот|"1х методом орюання може вшшкнути явнщз ив1днос1ю?> обшкост! або вщсутност! обшност! набляженнх ро-ов*£ох1в. За умовою вибору виикачепого сшввщь лшення м!ж порядком орюання нескшченно! СЛАР та х1льх!стк> член ¡в в рядах, що схлада-ють П саемснти, мохша достати покоординатну об15хшсть роов*яах1В. Проте, ыатематпчному обгрунтуванню оастосовноси наближених ме-тод1В перешходжае тс, що одобут! СЛАР мають матричш оператора тшту огортки, властнвост! яхте не дал мшить схорнстатися оагаль-ною теоркю сператориих рЬшшь при доведенш юрехтвост] прод<> дури орюання [7]. Вихористашш ях баоисних фунгцш проенуиного продесу лоляноыЬ Чебтппева о грахуванням особливост гговедпш поля побляау ребер несхЗнченно тонхих смужкоьих прошдюшв робить мделхвим поашшения об1жност1 МЧО [8]. Однах, при цьому в алгоритм втягуються спещальш фушцИ, таж! ях фунхцП Бесселя, що дещо оннжуе чвсеяьиу ефехтизшсть методу.

Роороблекхш ва кафедр! фшихи НВЧ ДДУ метод часткових переткн-иих областей (МЧПО) [9] мае ва переваги МЧО та беопосередньо приводить до одержаяня СЛАР другого роду о щлком неперервиим оператором, що дооволяс обгрунтувати застосування наближених метод1В при онахедженш чисельних роов'яохш. Проте, цен метод не було ро-

овинуто для аналюу багатошарових паанарних гчклевсдучих структур о пров!днихами скшченноТ товщини, у ов'яоку о чим не було можливим його оастосування як ефектииного оасобу моцелюиання л'шш передач! для 01С НВЧ.

1Ъким чипом, актуальшсть тема дисертацн обумовле»«а, о одного божу, практичною потребою в роороблешп математично обгрунтова-них п!ДХод1в до повнохвильовою аналюу багатошарових лшш передач! о проводниками спнченно! товщини та необхщшстю рсовнтку методу часткових перетинних областей доя роов'яоуваиня нового обширного кдасу задач прикладной електродиаамдкп. 3 другого боку, в умовах три-ваючого рсовиненыя та удосконалювання. елсиентно! баои ОЮ НВЧ актуальною € оадача рооробки нових перспективних хвилеведучих структур 1 досшджеши )х властивостей та характеристик на основ1 внко-ристання роовниутих метод!в иоделювання процеив роаповсюдженна хвиль.

Ваходячи а цього, в робот! ваято оа мету:

- рооробка строгого пщходу до повнахвяльового анал!оу пла-нарних хвилеведучих структур, який враховуе багатошарове ма-гштод1елехтричке оаповнення та скшчениу товщину ^в'яоаних по елех-троиагштноиу полю провщниыв;

- створення на основ! комбшащ! рооробленого пщходу та методу ча-стхових перетинних областей ефективних о бчпслювэ чьи их алгоритмов роов'яоування оадач на власш хвпл! для лшш передачу яи е перспек-тивнимн у ввкорнст&нш IX в 01С НВЧ;

- проведения кшьк1сного таяскного аналюу процеа'в рооповсюдження електромагштннх хвпль в лш'их передач!, що рооглядаються.

Наукова нопнона роботи. В робот! подано пщхщ до повнохвпньо-вого анал!ау екранованих багатошарових та багатопров!дниковах пла-нарних хвилеведучих структур о провщнпкамя мшченноТ товщини, геометрия яких дооволяс рообити складну область вионачення електро-мапитного поля на пряыокутш багатошаров1 (та одпорщш, частюв! область Запропонованвй шдхщ вперше загорпстовуе формулювшшя крайових оадач в багатошарових чатковах областях дла иовного плек-тричного вектора пбрпдиого ноля та д!адно! функцн Г^'ша слеттрич-ного типу. • .

Для н-шарово! частхово! облает!, яка с в далому метод! ключоваю структурою, ьперше одержат штегральш оображенн« вектора соос-тричного поля в шарах череп вогоопачення на в'щкритнх д!лянхах ы<;х.1

область 1нтегральш оображеняя враховують як дов1Льну кшьхють шар!в в анашоованих хвилеведучнх струхтурах, так i дов1лъну к!льх1сть смужхових пров!дних1в схшченно] товщинп в кожному шар]

Для хшочово] п-шарово! структура вперше одержано роав'яоо1 храново! оадачи дм д!адно1 фуикци Грша елехтричного типу, xsa е ядром !нтегральних оображень.

Рскзро бдений п!дх!д в комбшацй о технкою методу частхових пере-тинних областей дооволяс моделювати цроцесн рооповсюдження хвиль в планарних лшях передач! складнях хонфкурацш. На основ! даного шдходу одержат елехтрадннам1чш алгоритма та проведено чисельне досл!дження двох хвилеведучих структур:

1. Вперше оапропонована та роов'явана оадача на власн! хвил! дня М1хросиуж1ово1 шнл передач! о складною формою внутршнього провщника - ребровс! м!кросмужково! лшБ, смучковик проводник iioi мае вертикалью ребра, що оануреш у шар д1есеигрЕжа та слугують для кокценграцП енергП електромагштного ноли робою! моде в тдкладц!.

2. Вперше проведено повнохвнльовип анаша ов'яоаиих м!кросмужлових лшш о додатковнм "гадтркмуючжм" шаром д1електрнха шд ннжтм смужковгш npoBSRHKXoM, xsi е трспевтнвнимк у внкористаин! в спря-мовакик в!дгалужувачах та фттрах OIC НВЧ.

ОбгруЫТОВ&ШПСТЬ «L ШрОГЩв£сТЬ результат!!! робота аабеопечуеться строгим, ыатекатнчко хорахтннм иетодом, що вкхоркстовус формулюв&нна крайово! оадачк диж гибридного поля в повко! елехтродннам5чно1 поставовц!, н&явшетк» чкееяъко! об!жност! реоупьтат!в оадач на шгасш хвши та викоканкхм гратгтих переходов до добре ВЕБчених яшй передач!. Здобуг1 рсоультати допуск ають ясну штерпретацш i добре погоджуються о фшкчною картиною рсоповсю^-жеяня хяшь-в структурах, що вижчалотьег. Для гр&нггчнкх переходе реоультатн чисельного аладгоу когоджуються о реоультатамн ащомих poöiT.

Ирак гичка цшшеть робохп. Результата ДЕсертащйнрг робота моасуть бутн вижористаи! пря ыодедювьнш нроцес!в рооповсюд-жевнх хвиль в планарних лшкх передач! складккх ионф!гурацш, в току 4Kcni в багатошарових та багатопров!дкихавих хвияаведучЕх структурах о пров>днихами схшченно! товщине. Роороблеяшй шдхзд в!доначасться як унЗверсапьшстю, так ! математачною обгрунто-вашетю 5 може служите оасобом створепня ефеатнвних обтнелювгль-них алгоритмов строгого повнохвяльового аналюу. Результата чисель-

ного дослЗдження роогмнутих в робой хвилевегучнх структур доово-ляють гзробити висновки о можливост! оастосування останшх як баяо-вих еаементш OIC НВЧ i мажуть бути ni жав i о практично! точки оору для рооробшшв PEA НВЧ д!апазону.

Ochobhí положения дисертаци, що внвосяться на оахист.

1. Роороблено строгий пщхщ до повиохвидьового аналюу багато-шарових та багатопровщникових планарних шшя передач!. Як кпкь чова структура роогдянута уоагальнена n-щарова прямокутна область, що одержуеться в реоудьтат! рообиття лшй передач! скла-дних коиф!гурацш на прост! шдобласп, для яких ыожна онаити ро-ов'яоки хвильового р]вняння методом под]лення омшних. Використо-вуючи формупювання крайових задач в!дносно повного електрвганого вектора гибридного поля та д^адио! функцн Г^ша електричного типу, доя кяючово! структури одержан!:

1.1. 1нтегральш оображения, як! вионачають вектор електричного поля в шарах черео оначення поля на апертурах поверхш, що оточу с уоагальпену область.

1.2. Роов'яоох крайово! оадачн дня д!адно! функц» Гр!на електричного типу (патриц! вишршстю 3 х 3), для компонен лв яко! одержан] npocTi функцюнальш оалежиост! в!д координат точек сностереження та джерел о юефщеитамм, що вираховуються на ЕОМ оа допомогою роороблено! тдпрограмн.

2. На основ! використання представленого шдходу в рамках методу частковнх перетинних областей проведено повнохлильовий анаше таких хпилгведучпх структур:

2.1. Реброво! миросмужково! nim! передач!, для яко!:

а) побудовано електродинам1чш алгоритми i складено пакет прикладных програм для ввоначення постшних рооповсюдження та компонент! п електричного вехтора;

. б) проведено чисельне доаидженна впливу ребер смужкового пров!дпика на поведшку постйшнх роаповсюдження основно! t'a вищнх thtiíb хвнль, a також на структур* електричного поля основно! хвиз)' в поперечному nepepioî л!н!! передач!, тцо виявило так1 реоультата:

- на ociiobí вилчення поведши пост!йно! рооповсюдаення .основно! моди показано, що оануреиня ребер смужкового превелика у д!еиектричну подкладку спричише оменшення дисперсл ност!£ио! ро-оповсюдження основно! моди та "втягнення" силовях лшш ноля основно! хвил! у шдкладку;

— в —

- доспщжено вплив ребер на поведшжу постойних рооповсюдженнл мод вищих тип)в i, таким чином, вионачено робочий д1апаоон частот дано! лши передач^

- при вивченш струхтури епехтричного поля в лип! виявлено оначне шдвшцення хонцсятрацн поля основно! хвши в дклектричнш шдкладщ шд ребрами смужкового провщниха при обшыпенн! висоти останшх.

2.2. М1кросмужхових шнш о лицевим ов'яоком, для яхих:

а) побудовано електродинашчнкй алгоритм та схладено пахет при-хладних програм дня вяоначення постШшх; рооповсюдження; .

б) проведено чисельне досшдження поведпш постшних рооповсюдження основяих та вищих тнтв хвиль при рюних геометричних i ма-тер1альнпх параметрах структура, що виявило Taxi реоупьтати:

- при ЕЕВченш вшгаву д1слектрячло! прошипел "шдтримуючого" шару на пост)шп рооповсюдження тг- та с-мод веяв лена можлшнсть вир!внк»ання оначенъ nocri&mx рооповсюджения роботах мод;

- проведена оцшка робочого двохмодового д1алаооиу nimi передача Виявлено явтце воасмодн мод втцях теп!в та робочнх мод.

Апробацш робота. Рсаусьтати роботп дошшдались на:

- Всесоюошп конференцП "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на ОИС* (Суодаль, 1989 г.);

- Всесохюшй конференци "Перспективы раови :иж антепно-фидерной тшшоаэгкп и се шмыеитиой баз и" (Суодаль, 1992 г.);

- Всесоюошй хопфереиц» "СВЧ-тоашка а спутниковый прием" (Севастополь, 1993 г.);

- 24th General Assembly of URSI (Kyoto, Japan, 1993 ); '

- 15th International Symposium of URSI r a Electromagnetic Theory (St.-Petersburg, 1995 ). ...

Пубшкаци. 8a матер!алаып робота опубя5юзано И друхованих праць, спвсох sssx яаздеяо у xinqi реферату.

Структура та обсяг роботи. Дисертащина робота внхладена на 185 cropjKiax, о ssbx ocsomss текст складае 144 сторшхи. Робота мктить 34 ыалпнхн на 22 CTopinxax, схяадасться io ьступу, трьах роодшв, оах^лченпя, 146 посядапь в& штературш даереяа та додатхзв.

3MICT РОБОТИ

У встуш обгрунтовань ахтуагынсть робота, подано огляд л5тератури о пнтань рооробхн методав анашоу плакарних хвилеведу-чнх структур дяя.01С НВЧ, сфориудьована мета днеертаду!, наухова

новизна та практична цшшсть роботи, навед<-чг оснопш положения, що виносяться на захлст, а також подано короткий ошст дисертац!!.

Перший роодш присвячено рооробленню уоагадьиеного подходу до моделювання багатошарових га багатоиров!днихових планарнпх хви-леведучих стру1тур. Эасгосування техник МЧПО до аналшу лшщ передач! приводить до рообиття складно! облает! вшначення ноля на прост! частхов) п!добласт1, для яких можна онаяти роов'яокн хвпльо-вого piBiuniia методом под!лення имшних. Як длючова структура ро-огаянута я-шарова частхова область, яха може бути одержана теля росбиття на перетинш шдоблас'л деяхо! уоагальнено! багатошарово! ninii передач! о дов'1льною хшьпетю проводников скшченно! -говщини в кожному uiapi. Внхорнстовуеться строгеформулювапня 1раново! задачи для повного елехтричного BeiTopa пбридного поля в шарах облает), Я1ий оадов)1гыше вехторним хвильовим р!внянням

V х V х E'(f)-k}E'(f) = 0, feK-, » = 1,...,п,

храйовим умовам Jlipixae на ¡деально провЗднпх д!лянхах мела облает! (поверхнях смужхових провщних!в та ехрану), умов! чеперервност! для тангеищальних компонентов на межах подту iii а шарами, умов1 на pe6pi у форм! належност» роов'яох!в хласу фунхцщ Гельдера та умов| вппром!нюва) ня на нескшчепност! для хвилевод1в.

В'1дпов:дна храйова оадача для д!адно! фунт» IV in а елехтричного гппу е уаагальненням на випадох багатошарово! хвилеведучо! структура формулювання храяозо! задачи для функца Грша^вох !оотрошшх середовищ о р'тними Пронин! стями, що була оапропонована в робот! [10]. Д!адна функц5я Ppina хяпчопо! багатошарово! o6aacxi иа-дов'шышс р!в1инням

V х Vx Gik (f |r') - kf Gik (r |r') = iifc 7 £(r- F'), re V„ f e

i,k— l,...,n,

крайовнм умовам для дтдно! фунхцц Г^эша першого роду на поверхн!, що оточус область, ом!шаним уыош>м нелерервност! для фунхш! Грша третьего роду на межах подшу. м!я шарами та умов! внлромлтванкя на нескшченност! для хвилев0д'|в. »

Вихористання теорема Ц>!на в д!адиоТ форм! дооволяе овестя вих!дш xpauoei оадачи до набору штегральнвх оображегь шукам»}-го елехтричиою вектора в шарах через його оначеикя на ыдхряткх

—

Д1шшках (апертурах) uemi обласи

V,7) = SV,IA7)) •

• (К - Í7*o)* G» (*',у»|х,I/, -7)) <й'.

Компонента д!адно! фу hi nil Г^ша оображаютьсл у виг ляд i ро-овинення у ряд оа повною системою власних фунхцш облает! а коеф5ц!ентами, якими с невщош фунхци невхлючено! координата ("джередообраоне оображення" по теришологн [11]): 00

тшО

Роов'аоуианшг крайово! оадачи для д)адио! фунхцП Грша елехтрич-ltoro тану введено до ввэначення одновим1рнвх альтернувальпих частив функцн Ц>ша /1mM(y>V'»-7)i лх! оадов1лышоть пшшаним умовам неперервност! третьего роду на ыежах подЗлу шж шарами. Для вппац-ку двсосшарово! частхово! облает! одержан! вчраои для нев!дошюс альтернувальпих фунхцш "джередаобраоного" оображення в оамхненш форш. Для шугаи их фунхцш и-шарово! частхово» облает! одержан! анал!тично прост! вирши

j/. -7) = cos к^луст к^у1 + а'4т„соз к^у sin **,{/'+ + ein frm,y cos к*,]/+$ь„и sin k^yún k^y1,

о хоеф!ц!ентамн a%imft та Pi¿mtV Jal вгокачаюплд оа допомо-гоаэ шдпрограми для БОМ. Вх!дншш параметрами гадпрограми с значения товщш та прошлшетев довагхтричпюс шар!в. Роороблвна тдпрограна мае достатны» ушверсальну фориу, щое адаптованою до вжхористання в пакетах прихладних програи для анал!оу хвнлевед* чих структур самого широкого класу.

Одержан! аашптотнчш оц5ихе та чкссльно досл!джена об!жн!сть альтернувальпих частил коипоненив д1адних фунхцш для дво-хшарового та багатошарового вяпадкш.

Внхористовуючи шгегралыи оображення поля в багатошаровнх ч&-стковнх областях стльно о рооробленою техшкою вгоначення компонента д!адно! функци Гр!на електрнчного типу та додержуючись схеми методу часткових перетюших областей, ыожуть бутн одержан! ефехтнвш гшгоритмЕ повноквильового анал!оу планар1шх хвилеведу-чих структур схладних конф!гурацш.

—ъ —

У другому роодЫ на основ) роороблеиого пЗдходу проведено по-внохвильовий анашо оображеноГ на мал. 1 ребровоТ мюросмужкояо! лш! передач) (РМСЛ). Ця яиня иоже рсоглядатися я» роороблений на основ) м1кросмужи»о! пшп аналог двохщшгашо! досркально-иияинио! лш» [12] та ребропо! лесиметрично! шдлижю! пин! передач) ¡13].

Використовуючи хамбшащ'ю ро-

поля. Доведена и>-тпвои иеперервшсть елеиентчв блочного матричного оператора характеристично! СЛАР 1 обгруятоваио оастосупаи-ня методу сргаания яри ропв'яоуваин! дисперсшшго ртнянпя. Ро-ороблено алгоритм моделювання структура поля в лш1ях передач), зк\ аналюуються методом частковях перетшших областей. Одержат анал1тичн) вираои, що дооволяыть вяоначити ус) хонлоиенти елехтряч-ного вектора у будь-якай точц1 поперечного перерюу РМСЛ.

Для оцшкп ефективяост) йобудованого алгоритму роов'яоувания спектрально! оадачя чисельно всшгачеш похкбкп. як! спрйчиняються оастосуваншш методу орюанкя до несгшчеиного матричного оператора. Досшджено омншваяня в!диосио! похпбки обчпслювання коре-нея дпснерсшгаго р)шшмш в оалежност! в!д порядку ор5заннж матрич-них блою'в та и'лгькост) член!в, як! враховузыгься во внутро'шшх сума> Проведено пор!вяяиия реиультатю, що одержан) оа умовою граничного переходу до миросмужково! пш! (МОЛ) в аиалопчними далями водомпх роб)т. Виявлено добре погодження о реоультатамя строгих повнохвнльових методж в пгарокш сиуш частот.

Проведено чяссльне дослщжепна лроцеа» рооновсюджения хви. * в РМСЛ о метою вменения впливу ребер на характеристики дано! лнш передал]. Вивчено вплив ребер т поведшку нормовано!

Мал. 1

оробленого в першоыу роодМ шдходу га техшки методу частко-вих перетшших областей, для рои глянут о! хвилеведучо] структура одержана система штегральннх р1внлн1, типу Фредгольма другого роду, яка оводиться оа дошь могою проесщйно! процедура методу ГЬиьоркша д^ однородно? не-синчепно! СЛАР другого роду в'1дносно гиагатуднизс коеф)ц!ент!в а роовинеяиях у ряд компонентов

пост1нно1 рооповсюдхення or.HCBHoi моди в широкому д5апавон) частот. Ваявлено, що ребра смужжового irpoeiflHKia, axi санурюються у д^елехгричыу шдхладху, спричиняють обшьшення значения ефехтв-bhoj д)елехтрично1 npoidiHicfi ~ (ff/k,)1, а, отже, i об1льшення концентраци елехтромагштного поля ociiobhoj хвил! в гадхладць Ткх, при оануреян) ребер у д5елсхтричну шдхладху на 80% П товщи-нл, ефехтнина доегежтргчна прошхшсть обшыцуеться при частот] 1ГГц на 31% в пор1вншш о (сц овичанно! МСЛ. Bi;1,ношения ина-чень сфехтнвно! д^електричисм iipoHimicxi та вздносно! доелехтрично) щюншпеп тдкладки еец /е„ що вцображае ступшь хоицентраци елехтроиагштного поля в шд1ладц1, ошнюетьи при цьому о 0.7 до 0.95. На часто» БОГГц в'.дношення (сц/(г досягае для РМСЛ оначен-ня 0.997, що св)дчить про практично повне "втягнення" силових пшш поля осиовно! хвил! у д1елвхтричну шдхладху.

Доаиджено вплив ребер на дасперсшп властивост! робочо! моды РМСЛ. Ввхористання ребер на храях смужхового провщниха приводить до сначного ониження двсперсП nocrinHoj рооповсюдження основно! моди. Диспероя на штерваш частот в!д 1ГГц до 50 ГГц омеишуеться для ваоначеио! вшц«. хонф1гурацн РМСЛ на 82% ввдносно вяпадку овичазшо! МСЛ.

Оцшеко. вплив ребер на дкспераши харахтеристихи пост^йних ро-опавсюдкены. иод вищкх ташв. Установлено, що аадурення ребер у д)едехтрнчну шдхладху не в^боваеться на поведшщ вшцих парних мод, у той час ях частота вщсти вещих ненарнпх мод оменшуються, що дех1дьха овужуе рсоочлй д)аяазои частот РМСЛ (о 10.5ГГц до 7ГГц для рооглянуто! геометрн структура).

Проведено доаыдлення вплкву ребер на рооподш напруженност) еле1тричного поля в РМСЛ при рюннх чначенлях часготи. Вивначена структура елехтрнчного пот в поперечному nepepioj РМСЛ для ребер рюно] becoth. Вивчення роаподолу абсолютного значения нормовано! поперечно) складово] вектора напруженност'] електричиого поля осно-BHOI моди \ЕТ\ — y/Ef+Щв поперечному nepepioi струхтури похаоуе, що ^лектричне воле оосереджено головы им чином шд ребрами смужхо-вс о проводника, причому хонцевтращя поля оначио оростае при иану-реши ребер у тдкладку. ТЪх, при ребрах,*ях! оануреш у щелехтри* на 80% товщинн шдхладхв, |£т( обшыпуеться вщносно випадку овичаи-Hoi МСЛ на 455% год ребрами и "а 26% ir'i центральною частиною смужховою провщниха.

— и —

На основ! результатов тигельного апалгоу ороблен! висновки о можлиностях лрахтичного впжорпстання РМСЛ яж одного о баоових елеменив 01С НВЧ.

Т^етш роод1Л трисвячено новпохвильовому аналту м'|жросмужжо-вих лшш о лицевнм ов'яохом, ях\ рооташоваш на двохшарово! шдкладц1 о додатжовям "т'дтрпму^чим'' шаром дклектриха ш'д нижнш смужховим провщнихом (Мал. 2). Ця хвилеведуча структура е несиметричиим у вертикальному напрям! аналогом добре внвчених ов'яоаних м!кросмужжових лшш на "шдвннешй" шджладц! [И]. На основ! вижористачня представдеиого в псршому роодш п!дходу до аналшу багатошарових та багатонров!дникових хвииеведучих структур вих!дн! храпов! оадачн для частхових перетинних областей введен! до СЛАР другого роду, яка дае дисперсшие р1вняши для вионачення постшних рооповсюдження повного набору г!бриднюс

власнпх хвиль. Н„ основ! асим-птотйчних оц!нож е.темемт!в ма- • трпгчпих операторов, як! входять до блоЧ1Ю1 матриц! характеристично! СЛАР, доведена и>-ц!лхом непе-рервшсть останшх 1 обгрунтовано, тахпм чипом, оастосуванпя методу оргаання при роов'яоуванп! дис-нерсшнрго р!внянпя.

Проведено чиселынш аишш обшност! алгоритму I пор!вняти о результатами в!дошгх роб1т оа умовою граничного переходу до ов'яоаних шхросыуахових лшш на "шдвгаепш" иджладд!. Вияпяело добре логодясешгя о Даниил жпгш-ТБМщ'дход!в на нкпьхпх частотах та о реоультатами повнохвнльовлх метод!в у широюму д!апапош частот.

Чиселыю дослщиезп харахтернеттап хвилеведучо! структури о метою вияенепня мояливостеа » впхорист&пня при стгюретш ов'зоаппх прнстро!в. Оцшено вплиг "шдтрямуточого* шару иа харажтерпстихи хвилеведучо! структура, ях! в1Д1граготь ваяшиьу рози, при ра оробд! спрямозандх в!дгалуяувач!в та ф!льтр!в НВЧ, Вивчена по ведшха нормованях постшних рооповсюдаення основних с- та яг-мод при рюиях сп1Вв!дноп:еннях д!еигхтрлчнях прошхшетей шар!в

Мал. 2

шдкцадхп. Пожалшо, що при омшюванн! сшввщношення д!електрччних прошжшстей шар!» ввдбуваеться обмш типами основних мод в обдаст] об]гу проткшстей: с-мода. переходить в т-ыоду та навпахи. Цаявшсть "шдтрнмуючого" шару дооволяе варшвати тажу важлиау характеристику ов'коаних шшй передач] як в)дношення ефективних дклехтричнах прошхшстей (пост!£них рооновсюджения) робочих мод в достатньо широких межах. Ткж1у вщсутнкть "шдтримуючого" шару (при гг1 = 1,сг2 = 5), вщношення дор!внюе 3.1 П, у той час, ях

введения "шдтримуютого* шару о дкпектричною прошхшстю £г] и сг3 можс оиеншяти це в!дноження до 1,03. Вивчен» оаконом^рност! процесу розповсюдження робочих хввль при ошненш сшввщношення товщин д*1еиехтричиих шар!в шдхладхи. Одержан) дисперсшш характеристики хвихь вищих титлв 1 оцшеш меж! двохмодового робочого д1апзпону да-ноГ яЬш передач!. Заявлено явище шжыодойоГ воаемодп основних мод та мод вищих тшпв.

На основ! реоупьтат1В чисельного аналюу проблею висновхи о мажливостях прахтичного оастосуванпя дано! хвилеведучо! струхту-ри при ргюробд! широхосмугових силыюов'яоаних пристро!в для 01С НВЧ.

У оакшченш сформульован! омювш реоультати робота.

В додатки винесеш питания побудови ¡нтегральпих оображень та одержан!*» компонент д!адних функцш Грша для однорщних областей, доведения и-цшкомнеиерервност! матричних оператор!в, а та-хож аналп'ичш вираои для елементв харахтеристичних магриць хви-деведучЕХ струхт^р, ях1 аналшуюгься в робот!.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ РОБОТИ

1. Роороблено увагадьнений пщхщ, що доаволяе в рамках методу частхових перетйнних областей проводите строгий иовнохвильовий анаше процеав рооповсюдження хвиль в планарних шшях передад! сжладних хоиф^урацш. Клас анал!оуемих структур охонлюе лша передач! и багатошаровим магнлод)електрич1Шм оаповнешим та складною формою проводников ехшченно! товщшш, як! довшьно роотаиташ в, шарах ш/^ладки. .

2. Для прямокутно! частково! облает-!, що одержуеться в ре-оуиьтат! рообиття л!шн передач! складних конфкурацш на прост! тдобласт! ! роогиядаеться в д«..юму 1И},.;од! ях ключова структура, побудован! iiiTerpaju.ii! оображення повного електричного вехто-

ра гибридного ноля. 1нтегралып оображення враховутоть багатошаро-вс маг)1)тод)ележтрнч11е оалолиення ! дов!льну хшьпсть пров!дняк!в в кожному шар! лпш передач-!.

3. Рооа'яоана х,, анова оадэла для дЬдно}' фунжц» Г^и'на слектричного типу багатошарово! частковоТ облает). Для хомпонент!в Д1адноТ фун-хц!1 Гр'ша одержан! алал!тячно п^ост! "джерелообраош" оображення. Лльтернувальн! частями "джерелообрашшх" оображень виражалоть-ся через коефщкнтд, як! обчислкються иа допомогою ршроблеко! п!дпрограми. Вхщпими параметрами шднрограми е ояачеяия товщин та прош'кшетел шар!в, як! оаповшоготь область. Дослщжена асимпто-тячна поведниа алътернуваяьних частин компонент!» д)адно! фуикц» Грша при великих значениях 5ндекса тдеумовувалия.

4. На ос!!оа( викорнсгання роориблзпего шдходу побудовано строг! обчислюзальн! алгоритма 1 схладено пакет прикладных програм для вгоначе.чяя посл'аинх рооповсюдясеипя та компонента вектора елег-трнчного поля власних хвпль вперше оаггропоновано! в датй робот! хвялеведучо! струхтури - реброво! м!хросмухювоТ лпш передача.

5. Доведена и>-ц!якои неперервтеть елсмснт!в матричного оператора оадачн I обгруатовазю оастосування методу орлэаши пря ро-ов'язуванн! днеперпйного ршипня.

6. Проведено чкеепьяу оц!нку об!яност1 алгоритму яра оастосу-валн') методу оргааяня, а талол. пор'юняяиз результата, що булл одержан! са уковою граничиого переходу до овдчайпо! м1хросмужхово! гаям о анэлопчнпмэ дапнмк пщомпх роб»т.

7. Чиселыго доеиджено впячи ребер сиухюгсго пров!дяиха РМСЛ на поведшху постшнпх роойовсюдяення о словно! та внщнх тшпв хвиль, а тахож нарооподга поля осповно? хвиш а поперечному перер'ю! структура. ¡Заявлено омеишення дпсперси пост!йио1 рсзповсюдиеня* основпоТ моди I овачне об!льшеяня юяцентрацн поля на орланах, ях! утворен! нижнш цеталеэжи ехраяом та ребраип проз!дипга при оануреян! останшх у д5електричяу шдхладху.

8. На основ! вяхористаняя рооробяеного уоагапьнепого шдход/ до моделювання пнанарннх хвипеведучнх стружтур впергае побудова-по строгал обчпеяюааяыпш алгоритм ¡.скЛадеяо пакет прикладная програм для вионачення пост1шшх рооновсюдяеяяя осе вних та вящих тпп/в мод мжрошужвоввх шша о лщевшм типом ов'яоку, ях! г I-жорястовухда. "пщтримуючий" 'дар д!езехтрнка гад нижнем смужхо-вим пров|днгпом. Похаоаяа мошпЫсть оастосування орюанпя при ро-

ов'язуванш дисперсшного р^вняння аадачи.

9. Проведено чиседьну oniiuy зб)жност5 алгоритму ири оастосу-ванн) методу орюання, а тахож пор1вияння реоуиьтатш, íkí одержал) оа умовою граиичнаго переходу до ив'язалих м'жросмужкових nimi на "шдЫшешй1* шдспадш о аналог) чниме результатами вЗдомих роб>т.

10. Проведено чясеаьне дослщженкя повед'нш постшних рооповсюд-ження основних ¡вшдих тип» хвиль ов'яоаних мЗхросмужгових дши у широкому д)аназон) ом1ни геометричних та матер)ал1»их параметров структури. Вивчена мояшлвкть вшгаву на сшвв>дношення постшних рооповоодження робочих мод оа рахунок omíhh оначень д)едектричних прош1Н)стея шар>в. Покапана, що наявшеть "годтримуючого" шару даааоляе ¡стотно оменшувати рюкяцю м)ж значениями постмших ро-зповсюдження роботах мод, що робить можливим рооишрення спектру ПрИСТрОШ, ЯК1 рооробляються на ОСНОВ) м)1росмужкових ЛШШ о дицевим ов'яохом.

; ПУШПКАЩ! ПО TEMI ДИСЕРТАЦН

1. Прохода И.Г., Яковлев А.*?., Пишенко A.B. Некоторые приложения метода ЧПО для решения векторных спектральных иад&ч электродинамики. - Днепропетровск: ДГУ, 1990. - 52 с.

2. Гкилснхо A.B., Прихода П.Г., Яковлев А.Б. Интегральные соотношения для решения векторных спектральных задач электродинамики // Методы и средства проектирования элементов РЭА. Сб. научн. тр. - Днепропетровск, 1989, с.77-80. '

3. Пнпюнко А.Б., Прохода И.Г., Яховлев А.Б. Интегральные уравнения для расчета волноведущих структур с продольным плоскослоистым заполнением // Методы и средства проектирования элементов РЭА. Сб. научн. тр. - Днепропетровск, 198&, с.81-85.

4. Прохода И.Г., Яковлев A.B., Гпилеихо A.B. Нехоторые приложения метода ЧПО для расчета собственных волн в многосвязных волноведущих структурах с продольным пшсхослоистым заполнением. -Днепропетровск, 1У89. - 46 с. - Деп. в ВИНИТИ N 661S-B89.

5. Пшленхо A.B., Дмитрюк С.Г., Прохода И.Г., Яковлев А.Б. Двумерные » ¡торные интегральные формулы для решения оадач с пчоско-слоистым диэлектрическим заполнением на собственные волны // Математическое моделирование и САПР радиоопектронных систем СВЧ на ОИС. Тезисы докладов. - Суомалъ, 1985», с.114.

— IS —

6. Гняленхо A.ti. Расчет (экранированной микрополосжовой пинав с внутренним проводимом U-обраянои формы // Перслегтявы раопп-TR.« антенно-фидеряон технологии и се элементной баоы. Тсоисы до-жладов. - Суо.цалг, 1992, с.126.

7. Гмилспго А.Б. Полноболновып аналш микрополосжовой лпивп с внутренним проводником сложной формы // Матер. 3-й Крымской кон -фер. "СВЧ-техниха п спутняжовый прием1;, Севастополь, 1993, с.605-608.

8. Gnileuko А.В., Yakovlev А.В. Vector integral equations to the spectral analysis of monolithic microwave integrated circuits // Proc. of the 3rd Int. Symp. op Antennas and EM Theory, Nanjing, China, 1993, pp.841-844.

9. Gnihnkj A,B. An application of the method of partial overlapping regions to the hybrid mode analysis of the microstrip-like line with H-configuration of the i tiner conductor // Abstracts of the 2 ЛЬ UESI General Assembly, Kyoto, Japan, 1993, p.fl96.

10. GDilcnko A.B. Eigenmodes of the microstrip-like line with complex inner conductor shape // Proc. of the 10th Int. Microwave Conf., Ksiaz, Poland, 1994, pp.254-258.

11. Gnilehkn A.B. A generalized approach to the hybrid mode analysis of planar wave-guiding structures // Proc. of the 15th URSI Int. Symp. on EM Theory, St.Petersburg, Russia, 1995, pp.108-110.

ЦИТОВАНА Л1ТЕРАТУРА

1. ГЬсодсв В.И., Нефедов E.K. Объемные интегральные схемы СВЧ.. - M.: Наука, 1985. - 258 с.

2. Jansen R.H., Arnold R.G., Eddison I.G. A comprehensive CAD approach to the design of MMIC'j up to MM-wave frequencies // IEEE TYans. Microwave Theory U Tech., 1988, v.36, N 2, pp.208-219.

3. Chang C.-N., Cheng J.-P. Fallwave analysi» of multilayer microstrip lines // IEE Proc.-Microw. Antennas. Prepay., 1994, v.141, N 3, pp.185188.

4. Medina F., Homo M., Baudrad H. Generalized spectral aoalysie a! planar lines on layered znedia including uniaxial and biaxial dielectric substrates // IEEE Trans. Microwave Theory & Tcch., 1989, v.37, N 3, pp.504511.

5. Omar A.S., Schuneman K. Formulation of the singular integral equation technique; for planar transmission .lines // IEEE Trans. Microwave

Theory к Tech., 1985, v.33, N 12, pp.1313-1321.

6. Tzuang C.-K.C., Tseng I.-D. A full-wave mixed potential mode-matching method for the analysis of planar or quasi-planar transmission lines // IEEE Trans. Microwave Theory k. Tech., 1991, v.39, N 10, pp.1701-1712.

7. Шестопалов В.П., Кириленко A.A., Масалов C.A. Матричные уравнены типа свертки в теории дифракции. - Киев: Наук, думка, 1984. - 296 с.

8. Зарг&но Г.Ф., Лерер A.M., Лялин B.1I., Синявский Г.П. Линии .передачи сложных сечений. - Ростов: йод. РГУ, 1983. - 320 с.

9. Прохода И.Г., Чумаченко В.Л. Метод частичных пересекающихся областей доя исследования водноводшьреоонаторных систем сложной формы // Иов. вуоов. Радиофизика, 1973, т.16, N 10, с.1578-1581.

10. Tai С.Т. Dyadic Green's functions in electromagnetic theory. -PA: Intext Educational Publishers, 1971. - 242 p.

И. Марков Г.Т., Васильев E.H. Математические методы прикладной электродинамики. - М.: Сов. радио, 1970. - 120 с.

12. Комарь Г.И., Шестопалов В.П. Цилиндрические и оеркально-щелевые линии // Радиотехника и электроника, 1987, т.32, N 7, с.1345-1366.

13. Нефедов Е.И., Уткин М.И., Черникова Т.Ю. Реберная несим- г" ' метркчкая {целевая линия // Радиотехника и электроника, 1992, т.37,

N 8, с.1432-1441

14. Kawano К. Hybrid-mode analysis of a broadside-coupled microstrip line // IEE Proc.-H, Microw. Antennas Propag., Feb. 1984. v.131, N 1, pp.21-24.

Пшленко А.Б. Моделирование планарных волиоведощих структур для объемных интегральных схем сверхвысоких частот. Диссертация на соискание ученой степени кандидата, фиоихо-математнческих наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. Днепропетровский государственный университет. Защищается 11 научных работ, которые содержат реоультаты теоретического исследования, посвященного моделированию планарных вояноведущих структур для ОИС СВЧ. Приставлен строгий подход к полноволновому анализу планарных многослойных линий передачи с проводниками конечной толщины. На основания применения р заработанного подхода в рашах метода частичных пересекающихся областей исследованы характеристики двух ьолнове-дущих структур: реберной мпкронолосковоя лтгпл п свяоанных мпкропоизсковых лтшя с "поддерлявавщпм" слоен. Выявлены свойства расскотреиных лпний передачи, потволягощав вффезтшшо попользовать данные структуры в качестве бзоовых элементов ОПС СВЧ.

GnilenJco A.B. Modelling cf planar tvaveguiding structure, for monolithic microwave integrated circuits.

The thesis for obtaining the candidate degree In physics and mathematics with major in 0l.Q4.03 - radiophysies. Dnepropetrovsk Stata University.

11 scientific papers, which'«ratain results of rczcaich on the modelling of planar waveguiding structures for MM1C applications, are' defended. The thesis presents a generalized approach to the hybrid mode analysis • of shielded multilayer«! planar transmission 1:пез with finite metallization thickness, Based on the method of overlapping regions, the approach has , been applied to the characterization of tv.ro waveguiding structures, namely the rib-microetrip line and the broadside-coupled microstrip lines with the "supporting" layer. Numerical results reveal specific properties of th* structures under consideration vihich may be used in the design of MMIC building blocks.

Ключош слова:

об'еыш щтегралыи схемп НВЧ, пяанарш шна передач!, метод ч«.-стковах перетпннах областей, штегральш ообракения, д!адш функци Грша, посийла рошовсюджеяня, ефеятпвна доелектрнчна прошкшеть.