Расчет квадратурного делителя мощности на два (шлейфного моста)

Это МУ является четырехпортовой структурой, составленной из четырех отрезков ЛП длиной . Так как ЛП на основе МПЛ имеют конечную ширину, то около портов будет иметь место перекрытие двух МПЛ, присоединяемых к данному порту. Электромагнитное поле (ЭМП) в области перекрытия отличается от ЭМП в неперекрывающихся отрезках МПЛ, что не учитывалось при теоретическом анализе этого МУ. Для того, чтобы уменьшить влияние этого несоответствия, надо минимизировать размеры этой области. Для этого необходимо, чтобы длина отрезка МПЛ была бы значительно больше, чем его ширина. Это условие можно выполнить, если использовать подложку с малой толщиной, так как эффективная диэлектрическая проницаемость мало зависит от ее толщины и поэтому длина отрезка МПЛ тоже будет мало зависеть от толщины. В качестве примера рассчитаем шлейфный мост на частоту 4 ГГц с 50-омными портами. Выберем подложку из маиериала ФЛАН-5 толщиной в 1 мм. Разработку конструкции начнем с моделирования половины МУ, так как это рассматривается в теоретическом разделе. Половина будет трехпортовым устройством, состоящим из двух взаимно-перпендикулярных отрезков МПЛ: горизонтального с Ом и длиной (90º) и вертикального с Ом и длиной . Воспользовавшись калькулятором TXLine получаем следующие размеры: МПЛ с Ом мм, мм, МПЛ с Ом мм, мм. После этого открываем проект под названием HalfShleif, выбираем в меню Project/Add EM Structure/New EM Structure, которую также назовем HalfShlleif. После этого в окне Enclosure (щелкнув по этой строке в левом окне управления проектом) устанавливаем высоту воздушного промежутка () равной 5 мм, толщину подложки 1 мм, и значение тангенса угла потерь 0.0015, размер подложки 20Х20 мм и шаг сетки 0.1 мм. Далее рисуем (как объяснено подробно в предыдущем параграфе) структуру, изображенную на рис. 12

 

 

Рис. 12

 

Затем в меню Options/Project Options в закладке Frequencies устанавливаем начальную частоту 3.6 ГГц, конечную – 4.4 ГГц, шаг изменения частоты – 0.2 ГГц. Затем мы заказываем необходимые измерения, которые надо произвести в процессе моделирования. Для этого в меню Project/Add Graph заказываем последовательно три графика, называя их Snn, Snm и Angle. Для графика Snn заказываем измерения S11, S22 и S33 (подробно эта процедура описана в предыдущем параграфе) для графика Snm заказываем S21, S31 и S32, для графика Angle заказываем Ang(S21), Ang(S31) и Ang(S32). Далее запускаем программу расчета, нажав на кнопку с желтой молнией. После окончания расчета получаем графики, изображенные на рис. 13.

 

Рис. 13

 

Из графика Angle видно, что длины обоих отрезков мало отличаются от (90º). Из графика Snm видно, что значения S21 и S31 существенно отличаются от необходимых (они должны быть равны -3дБ). Значение S31 близко к -2дБ, что говорит о том, что сопротивление порта 3, трансформируемое вертикальной МПЛ менее 50 Ом. Чтобы его увеличить, необходимо увеличить ее волновое сопротивление. Для этого двойным щелчком по ней добиваемся появления синих точек по ее периметру и, зацепив мышкой за среднюю левую точку, тянем ее вправо, уменьшая ширину линии на 0.2 мм. После этого снова запускаем расчет и оцениваем результаты, каждый раз проверяя значения углов по графику Angle и значений S21, S31, в случае необходимости. корректируя длину и ширину обоих отрезков. В результате получаем структуру, обеспечивающую необходимые значения S21, S31 и Ang(S21), Ang(S31). Теперь надо пристроить вторую половину МУ так, как показано на рис. 14.

Рис. 14

 

Моделирование новой структуры продолжим в рамках того же проекта, добавив к соответствующим графикам измерения Ang(S43), S44, S41. Корректируя ширины и длины отрезков с целью получения значений S21, S31 порядка -3 дБ и углов Ang(S21), Ang(S32) порядка -90º получим окончательную структуру моста с характеристиками, приведенными на рис. 19.

 

Рис. 15

 

2.3 Расчет синфазно-противофазного делителя мощности на два (гибридного или кольцевого моста)

 

Рассчитаем кольцевой мост на частоту 4 ГГц с 50-омными портами. Волновое сопротивление МПЛ, образующей кольцо, должно быть равно 70.7 Ома. Выберем подложку ФЛАН-5 толщиной 1мм, размерами 30Х10 мм, так что шаг сетки равен 0.1 мм. Внесем эти данные в окно Enclosure установив высоту воздушной области ( =1) равной 5 мм. Обратимся к калькулятору TXLine и получим следующие размеры для МПЛ: мм, мм. Ширина МПЛ с Ом равна 1.7 мм. Далее на рисунке подложки выполняем рисунок структуры, показанный на рис. 16. В меню Project Options в закладке Frequencies устанавливаем начальную частоту 3.6 ГГц, конечную – 4.4 ГГц, шаг изменения частоты – 0.2 ГГц. Заказываем такие же графики и измерения как и в предыдущем параграфе и запускаем программу счета. Настройка ведется только с помощью изменения длин отрезков МПЛ кольца, без изменения волнового сопротивления. При каждом изменении необходимо сохранять симметрию структуры. Целью настройки являются: S21=S31=-3дБ (с отклонение не более 2 -3 %), Ang(S21)=Ang(S31)=90º (c отклонением не более 2 -3 %), Ang(S43)= 90º (на самом деле 270º, но программа отбрасывает значения кратные 180º). Вид экрана после окончательной настойки приведен на рис.17.

Рис. 15

 

Рис. 16

 

Задание к курсовой работе по курсу ТЭД по расчету и моделированию мостовых устройств СВЧ

Вданной работе рассчитываются структуры мостовых устройств СВЧ (МУ) как на микрополосковых линиях (МПЛ), так и на цепях с сосредоточенными постоянными. Исходные данные для расчета: центральная частота , задаваемая в МГц, сопротивление нагрузок портов МУ в Омах, материал подложки и его относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь, материал проводников и его проводимость в Сим/м. Расчет ведется в соответствии с "Методическими указаниями к расчету мостовых устройств СВЧ" для структур на МПЛ и с "МУ на сосредоточенных реактивных элементах" для структур из сосредоточенных элементов. В результате, после моделирования и необходимой коррекции, значение , определяемое по минимумам и , должно отличаться от заданного не более чем на 2%. По результатам окончательного моделирования определяется полоса частот, в которой значения коэффициентов матрицы рассеяния (равных нулю для идеальной структуры) не превышают значения ─15-20 дБ. Определяются также значения коэффициентов прохождения от входного порта к выходным на центральной частоте и на краях полосы пропускания. В пояснительной записке должны быть приведены проделанные в процессе выполнения работы расчеты, данные первого варианта МУ, структура окончательного МПЛ МУ, графики его частотных характеристик, схема МУ на сосредоточенных элементах, графики его частотных характеристик. Не должно быть заимствований из текста методических указаний.