Разработка делителя мощности на микрополосковой линии ![скачать рефераты скачать рефераты](/img/dali.gif)
Разработка делителя мощности на микрополосковой линии
-15- КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.Н. ТУПОЛЕВА Кафедра РТС Тремаскин Е.В. Гр.5408 Разработка делителя мощности на микрополосковой линии. Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Сверхвысокие частоты Специальность 210300 Казань 2010 Задание Разработать сумматор на симметричной МПЛ линии: Содержание Введение Делители мощности Выбор материала Поправочные коэффициенты Ширина микрополосков и трансформатор сопротивлений Набег фаз Заключение Список литературы Введение В настоящее время область применения радиоэлектронных средств расширяется, комплексы радиосистем становятся все более сложными, это полностью относится и к радиотехнике СВЧ диапазона. В связи с расширением физических возможностей радиоэлектронной аппаратуры во многих случаях необходимо не только излучать и принимать СВЧ сигнал, но также производить его обработку и преобразование, поэтому усложняются СВЧ схемы и в прежнем исполнении становятся громоздкими, поэтому возникает необходимость создания миниатюрных схем работающих в СВЧ диапазоне. Миниатюризация схемных решений радиоаппаратуры в настоящее время реализуется с помощью гибридных пленочных и твердотельных микросхем. Наибольшие успехи в этом плане были достигнуты в области низких частот. Однако методы конструирования и технология изготовления низкочастотных схем не могут быть перенесены на схемы СВЧ диапазона, так как между этими устройствами в микроисполнении существует большое количество различий. К радиотехническим устройствам СВЧ диапазона предъявляются жесткие требования по снижению себестоимости, повышению надежности, уменьшению габаритов и веса. Сегодня вес и габариты стали факторами, ограничивающими применение СВЧ аппаратуры, особенно в мобильных установках - на борту наземного и водного транспорта, не говоря уже о летательных аппаратах. Поэтому использование миниатюризации и миниатюризации элементов и узлов на СВЧ в современной радиоэлектронике является актуальной задачей. По сравнению с обычной аппаратурой микрополосковые и полосковые схемы более трудоемки в разработке, поскольку связь между элементами схемы за счет краевых полей и полей излучения более трудно поддается учету, расчет многих элементов схемы производится приближенно, а подстройка готовых схем затруднена. Окончательные размеры схем приходится отрабатывать путем перебора множества вариантов. Микрополосковые антенны, изготовленные по печатной технологии интегральных схем, обеспечивают высокую повторяемость размеров, низкую стоимость, малые металлоемкость и массу. Микрополосковые антенны способны излучать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, допускают удобные конструктивные решения для обеспечения работы в двух- или многочастотных режимах, легко позволяют объединить многие элементарные излучатели в ФАР и разместить их на поверхностях сложной формы. Делители мощности Делителями мощности называют многополюсные устройства, предназначенные для распределения мощности, поданной на вход между другими входами в заданное соотношении. В устройствах без потерь сумма выходных сигналов равна сумме входных. Таким образом, справедливо . Здесь будут рассмотрены взаимные линейные устройства без потерь. Условие взаимности делителя мощности означает, что он может использоваться в режиме сложения сигналов, если сигналы на его входы подать в том же амплитудном и фазовом соотношении, что и на входах в режиме делителя. Делитель, работающий в режиме сложения сигналов, называют сумматором. В общем случае делители должны удовлетворять требованиям: 1) деление сигнала в заданном соотношении; 2) согласование всех плеч; 3) развязка выходных плеч; 4) широкополосность. В зависимости от схемы делителя и его конструкции эти требования выполняются по-разному. а б Рис. 1 Простейшим делителем мощности является разветвление линии передачи. Разветвление может быть последовательным и параллельным (рис.1). При последовательном разветвлении (рис.1а) входное сопротивление в точке соединения линий будет определяться суммой волновых сопротивлений выходных плеч делителя: (1.1) Здесь -- волновое сопротивление входного плеча (обозначим его ); -сопротивления выходных плеч. На практике удобнее пользоваться нормированными сопротивлениями. Входное нормированное сопротивление делителя: (1.2) Условием согласования делителя с входной линией передачи будет (1.3) Доля мощности, отводимая в i-e плечо, пропорциональна . и, соответственно, коэффициент передачи в i-e плечо будет (1.4) Обычно все выходные плечи делителя приводятся к одному волновому сопротивлению , для чего в плечи делителя включаются трансформаторы волновых сопротивлений. Для четвертьволнового трансформатора в i-м плече можно записать: (1.5) где - волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора (рис.2 а). Для согласованного по входу делителя мощности с одинаковым сопротивлением выходных плеч из (1.2) и (1.5) получим: (1.6) При параллельном разветвлении линий передачи (рис. 1 б) справедливы соотношения (1.1)- (1.6), записанные для проводимостей, т.е. входная проводимость делителя: (1.7) Нормированное входное сопротивление: (1.8) Делитель, согласованный по входу и приведенный к одному волновому сопротивлению , будет: (1.9) Трансформаторы сопротивлений обычно подключаются непосредственно к точке разветвления линии, но возможно подключение трансформатора к отрезку линии , произвольной длины . Расчет согласованного по входу делителя параллельного и последовательного типов с помощью формул (1.1), (1.6), (1.7) и (1.9) сводится к следующему. По заданному волновому сопротивлению тракта и требуемому распределению сигнала по выходам определяют волновые сопротивления плеч , где - коэффициенты деления для i-го плеча. Для последовательного разветвления , для параллельного , а волновое сопротивление трансформатора i-го плеча определяется из (1.5). Практическая реализация разветвления линий в одной точке при n>5 затруднена, так как соединение большого числа линий в одной точке образует неоднородность, которая приводит к искажению всех параметров устройства. Выбор материала Учитывая требования данных в задании выберем материал. Как правило, диэлектрический материал следует выбирать с минимальным значением тангенса угла диэлектрических потерь, большой стабильностью относительной диэлектрической проницаемости и линейных размеров, так как реальные параметры устройств без их учета будут значительно отличатся от расчетных данных. Выбираем материал листы из фторопласта - 4 фольгированные с относительной диэлектрической проницаемостью . Найдем волновое сопротивление МПЛ линии: Толщина печатной проводящей полоски t=0,1мм, толщина диэлектрика b=1мм, тогда и по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ находим ,т.е. W=0,68931мм ширина линии. Далее в зависимости от уровня первого бокового лепестка, выберем закон изменения амплитуды поля и вычислим поправочные коэффициенты. Поправочные коэффициенты Так как уровень боковых лепестков -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 и трансформатор сопротивлений Для того чтобы было удобнее выполнить чертеж увеличим ширину микрополоска в 10 раз. Тогда получим сопротивление z1=5Ом. Соответственно ширина микрополоска тогда будет: Вычислим трансформатор сопротивлений: Вычислим длину волны: Вычислим ширину остальных линий и их сопротивления в соответствии с коэффициентами деления. На каждом из выходов необходимо 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 обеспечить необходимую фазу нужно изменить длину пути. Возьмем d=6см, тогда ш=0,9693. тогда Таким образом получили что 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. Фрадина А.З. - М.: Связь, 1976. - 150с. 2. Авксентьев А.А., Воробьев Н.Г., Морозов Г.А., Стахова Н.Е. Устройства СВЧ для радиоэлектронных систем. Учебное пособие,2004. 3. Проектирование полосковых устройств СВЧ. Учебное пособие. Ульяновск, 2001
|