Лабораторный стенд для настройки охлаждаемых пассивных СВЧ-устройств

Д. Д. Бронников, Е. Ю. Хвостов, Ю. В. Векшин

ИПА РАН, г. Санкт-Петербург, Россия

С развитием криогенной техники и ростом числа устройств, адаптированных к криогенным условиям, возникает необходимость в создании специализированных подходов по их настройке, особенно на фоне ужесточения требований к точности рабочих характеристик.

Одной из ключевых проблем здесь становится влияние эффекта линейного теплового расширения. Причём этот эффект возрастает с ростом рабочей частоты. В работе [1] показано, что понижение температуры приводит к увеличению добротности, изменению рабочей частоты и диапазона настройки.

В данной работе предложена концепция прецизионной настройки пассивных СВЧ-устройств при криогенных температурах. Представлены результаты разработки криостатированного стенда с возможностью дистанционной механической настройки и контроля параметров изделия в условиях криогенных температур.

В работах [2–4] приводятся различные варианты конструкций перестраиваемых СВЧ-устройств, однако их реализация сопряжена с высокой сложностью и/или затратами из-за использования дорогостоящих материалов. В созданном стенде настройка производится с помощью установленных внутри криостатированного блока сервоприводов (СП), соединенных с настроечными винтами СВЧ-устройства.

В среде LabVIEW создан виртуальный прибор на базе персонального компьютера (ПК) для дистанционного управления СП и контроля параметров СВЧ-устройства с применением векторного анализатора цепей. Это позволяет фиксировать эффект от воздействия в реальном времени.

Показана возможность осуществления удалённой механической настройки СВЧ-устройств: успешно настроен микрополосковый направленный ответвитель S-диапазона с пятью настроечными винтами.

Таким образом, созданный стенд позволяет производить настройку без физического взаимодействия с СВЧ-устройством, при этом обеспечивая высокую точность. Минимальный шаг поворота равен 0.44º, что соответствует 0.6 мкм вертикального перемещения настроечного винта относительно микрополосков СВЧ-устройства.

Дальнейшее развитие данной тематики предполагает автоматизированное выполнение настройки охлаждённого СВЧ-устройства.

Литература

1) Афонин А. О., Лексиков А. А., Угрюмов А. В. Исследование свойств микрополосковых электрически управляемых резонаторов на основе полупроводниковых варакторов при криогенных температурах // Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области. Решетниковские чтения. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 459–460.

2) Замешаева Е. Ю., Туральчук П. А., Тургалиев В. М. Планарные перестраиваемые СВЧ-фильтры на пленках высокотемпературного сверхпроводника // СПб.: Электроника СВЧ, Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 2 с.

3) Прокопьев Т. В. Сверхузкополосный фильтр коротковолнового диапазона с высокоточной системой настройки: диссертация... к.т.н. М., Моск. гос. авиац. ин-т. 2008. 201 с.

4) Widaa A., Bartlett C., Höft M. Tunable coaxial bandpass filters based on inset resonators // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2023. Vol. 71, no. 1. P. 285–295. Doi: 10.1109/TMTT.2022.3222321.