КАЗАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ А.Н.ТУПОЛЕВА
/>
Кафедра РТС
Тремаскин Е.В.
Гр.5408
Разработкаделителя мощности на микрополосковой линии.
Расчетно-пояснительнаязаписка к курсовому проекту
по дисциплине
Сверхвысокиечастоты
Специальность210300
Казань 2010
Задание
Разработать сумматор насимметричной МПЛ линии:
/>
Содержание
Введение
Делители мощности
Выбор материала
Поправочные коэффициенты
Ширина микрополосков и трансформаторсопротивлений
Набег фаз
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящее время областьприменения радиоэлектронных средств расширяется, комплексы радиосистемстановятся все более сложными, это полностью относится и к радиотехнике СВЧдиапазона. В связи с расширением физических возможностей радиоэлектроннойаппаратуры во многих случаях необходимо не только излучать и принимать СВЧсигнал, но также производить его обработку и преобразование, поэтомуусложняются СВЧ схемы и в прежнем исполнении становятся громоздкими, поэтомувозникает необходимость создания миниатюрных схем работающих в СВЧ диапазоне.
Миниатюризация схемныхрешений радиоаппаратуры в настоящее время реализуется с помощью гибридныхпленочных и твердотельных микросхем. Наибольшие успехи в этом плане былидостигнуты в области низких частот. Однако методы конструирования и технологияизготовления низкочастотных схем не могут быть перенесены на схемы СВЧдиапазона, так как между этими устройствами в микроисполнении существуетбольшое количество различий.
К радиотехническимустройствам СВЧ диапазона предъявляются жесткие требования по снижениюсебестоимости, повышению надежности, уменьшению габаритов и веса. Сегодня вес игабариты стали факторами, ограничивающими применение СВЧ аппаратуры, особенно вмобильных установках – на борту наземного и водного транспорта, не говоря уже олетательных аппаратах. Поэтому использование миниатюризации и миниатюризацииэлементов и узлов на СВЧ в современной радиоэлектронике является актуальнойзадачей.
По сравнению с обычнойаппаратурой микрополосковые и полосковые схемы более трудоемки в разработке,поскольку связь между элементами схемы за счет краевых полей и полей излученияболее трудно поддается учету, расчет многих элементов схемы производитсяприближенно, а подстройка готовых схем затруднена. Окончательные размеры схемприходится отрабатывать путем перебора множества вариантов.
Микрополосковые антенны,изготовленные по печатной технологии интегральных схем, обеспечивают высокуюповторяемость размеров, низкую стоимость, малые металлоемкость и массу.
Микрополосковые антенныспособны излучать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией,допускают удобные конструктивные решения для обеспечения работы в двух- илимногочастотных режимах, легко позволяют объединить многие элементарныеизлучатели в ФАР и разместить их на поверхностях сложной формы.
Делители мощности
Делителямимощности называют многополюсные устройства, предназначенные для распределениямощности, поданной на вход между другими входами в заданное соотношении. Вустройствах без потерь сумма выходных сигналов равна сумме входных.
Такимобразом, справедливо />. Здесь будутрассмотрены взаимные линейные устройства без потерь. Условие взаимностиделителя мощности означает, что он может использоваться в режиме сложениясигналов, если сигналы на его входы подать в том же амплитудном и фазовомсоотношении, что и на входах в режиме делителя. Делитель, работающий в режимесложения сигналов, называют сумматором. В общем случае делителидолжны удовлетворять требованиям:
1)деление сигнала в заданном соотношении;
2)согласование всех плеч;
3)развязка выходных плеч;
4)широкополосность.
Взависимости от схемы делителя и его конструкции эти требования выполняютсяпо-разному.
/>
а б
Рис.1
Простейшимделителем мощности является разветвление линии передачи. Разветвление можетбыть последовательным и параллельным (рис.1).
Припоследовательном разветвлении (рис.1а) входное сопротивление в точке соединениялиний будет определяться суммой волновых сопротивлений выходных плеч делителя:
/> (1.1)
Здесь/> — волновое сопротивлениевходного плеча (обозначим его />); />-сопротивления выходныхплеч. На практике удобнее пользоваться нормированными сопротивлениями. Входноенормированное сопротивление делителя:
/> (1.2)
Условиемсогласования делителя с входной линией передачи будет
/> (1.3)
Долямощности, отводимая в i-e плечо, пропорциональна />. и, соответственно,коэффициент передачи в i-e плечо будет
/> (1.4)
Обычновсе выходные плечи делителя приводятся к одному волновому сопротивлению />, для чего в плечи делителявключаются трансформаторы волновых сопротивлений. Для четвертьволновоготрансформатора в i-м плечеможно записать:
/> (1.5)
где /> - волновое сопротивлениечетвертьволнового трансформатора (рис.2 а). Для согласованного по входуделителя мощности с одинаковым сопротивлением выходных плеч из (1.2) и (1.5)получим:
/> (1.6)
Припараллельном разветвлении линий передачи (рис. 1 б) справедливы соотношения(1.1)- (1.6), записанные для проводимостей, т.е. входная проводимость делителя:
/> (1.7)
Нормированноевходное сопротивление:
/> (1.8)
Делитель,согласованный по входу и приведенный к одному волновому сопротивлению />, будет:
/> (1.9)
Трансформаторысопротивлений обычно подключаются непосредственно к точке разветвления линии,но возможно подключение трансформатора /> котрезку линии />, произвольнойдлины />.
/>
Расчетсогласованного по входу делителя параллельного и последовательного типов спомощью формул (1.1), (1.6), (1.7) и (1.9) сводится к следующему. По заданномуволновому сопротивлению тракта и требуемому распределению сигнала по выходам /> определяют волновыесопротивления плеч /> , где /> — коэффициенты деления для i-го плеча.
Дляпоследовательного разветвления />, дляпараллельного />, а волновое сопротивлениетрансформатора i-го плечаопределяется из (1.5).
Практическаяреализация разветвления линий в одной точке при n>5 затруднена, так как соединение большого числа линий водной точке образует неоднородность, которая приводит к искажению всехпараметров устройства.
Выборматериала
Учитывая требованияданных в задании выберем материал. Как правило, диэлектрический материал следуетвыбирать с минимальным значением тангенса угла диэлектрических потерь, большойстабильностью относительной диэлектрической проницаемости и линейных размеров,так как реальные параметры устройств без их учета будут значительно отличатсяот расчетных данных.
Выбираем материал листыиз фторопласта – 4 фольгированные с относительной диэлектрическойпроницаемостью />.
Найдем волновоесопротивление МПЛ линии:
/>
/>
Толщина печатнойпроводящей полоски t=0,1мм, толщинадиэлектрика b=1мм, тогда /> и по волновымсопротивлениям фидерных линий СВЧ находим />, т.е.W=0,68931мм ширина линии.
Далее в зависимости отуровня первого бокового лепестка, выберем закон изменения амплитуды поля ивычислим поправочные коэффициенты.
Поправочныекоэффициенты
Так как уровень боковыхлепестков -17Дб, то закон изменения амплитуды поля запишется так:/>, ∆=0,5.
/>
А(-1)=0,5
А(-0,5)=0,875
А(0)=1
А(0,5)=0,875
А(1)=0,5
А(х)=0,5+0,875+1+0,5+0,875=3,75
Нормируем к единице, получаем:
А’(-1)=0,13(3)
А’(-0,5)=0,23(3)
А’(0)=0,267
А’(0,5)=0,23(3)
А’(1)=0,13(3)
Тип сумматора – гребенка
/>
/>
Ширина микрополосков итрансформатор сопротивлений
Для того чтобы было удобнеевыполнить чертеж увеличим ширину микрополоска в 10 раз. Тогда получимсопротивление z1=5Ом.
Соответственно ширинамикрополоска тогда будет:
/>
Вычислим трансформаторсопротивлений:
/>
Вычислим длину волны:
/>
Вычислим ширину остальныхлиний и их сопротивления в соответствии с коэффициентами деления.
/>
/>
На каждом из выходовнеобходимо обеспечить сопротивление такое же как и на входе, т.е. 50 Ом.Поэтому вычислим трансформаторы сопротивлений для выходов.
/>
Для 1-го и 5-го вывода:
/>
Для 2-го и 4-го:
/>
Для 3-го:
/>
Расчет набега фаз
Для того чтобы обеспечитьнеобходимую фазу нужно изменить длину пути.
/>
Возьмем d=6см, тогда ψ=0,9693.
/> /> тогда
/>
/>
Таким образом получиличто для обеспечения набега фаз длину линии необходимо увеличивать до 24,692 см.При этом получится следующая схема:
/>
Список литературы
1. Ганстон М.А.Р.Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ / Под ред. ФрадинаА.З. – М.: Связь, 1976. – 150с.
2. Авксентьев А.А.,Воробьев Н.Г., Морозов Г.А., Стахова Н.Е. Устройства СВЧ для радиоэлектронныхсистем. Учебное пособие,2004.
3. Проектированиеполосковых устройств СВЧ. Учебное пособие. Ульяновск, 2001