Направленный ответвитель
ЗАДАНИЕ:
Спроектировать двухшлейфный направленный ответвитель на основе несимметричной полосковой линии.
Рабочая длинна волны = 3 см.
Волновое сопротивление подводящих линий Z0 =50 Ом.
Переходное ослабление С13 = 2 дБ
Диапазон рабочих температур: от –50С до +150С
Дополнительные требования: минимальные габариты.
Необходимо выбрать материал для изготовления направленного ответвителя. Рассчитать размеры элементов полосковой схемы, вычислить рабочие параметры, определить минимальную величину направленности С34 при расстройке от центральной частоты диапазона на ff0, качественно обосновать необходимость подключения к развязанному плечу согласованной разгрузки.
- Теоретическая часть.
Направленные ответвители (НО) называются восьмиполюсники, предназначенные для направленного ответвления СВЧ- энергии.
Они используются в схемах измерения коэффициентов отражения, смещения и разделения сигналов, контроля параметров сигналов, мощности, частоты, а также переключателей, фазовращателей и т. д.
Линия передачи НО, по которой передается основная мощность, называется первичной, или основной, а линия, в которую ответвляется часть мощности, - вторичной, или вспомогательной.
Основными характеристиками, НО являются переходное ослабление, направленность.
Переходное ослабление представляет собой выраженное в децибелах отношение входной мощности основной линии к мощности, ответвленной в рабочее плечо 4 вспомогательной линии:
А14 = 101g Р1/Р4.
Направленность представляет собой выраженное в децибелах отношение мощностей на выходе рабочего 4 и нерабочего 3 плеч вторичной линии
А43 = 101g Р4/Р3.
Выход нерабочего плеча вторичной линии всегда нагружается на согласованную нагрузку.
Р1 Р2
1 Основная линия 2
3 4
Вспомогат. линия
Р3 Р4
Схема направленного ответвителя.
Шлейфные направленные ответвители (НО).
Они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длинны и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи.
С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух – и трехшлейфные НО.
в/4
Y2 Y0
1 3
Y1 Y1
A A
2 4
Y0 Y2 Y0
Шлейфный направленный ответвитель в виде квадрата.
Основной расчёт.
- Выбор материала для диэлектрической подложки.
Исходя из дополнительных условий (минимальные габариты) нужно выбрать такой материал, у которого диэлектрическая проницаемость () максимальная, а tg - минимальный. Также должен соблюдаться диапазон рабочих температур.
На основании вышесказанного выберем керамику, имеющую следующие параметры.
Материал | Марка | Гост или ТУ |
Толщина мм |
Допуск мм |
Габариты мм |
|
tg |
диапазон | Группа |
Керамика | 22ХС | АЯ0.027.002ТУ | 1,5 | 0,01 | 24х30, 48х60 | 10,30 |
-50 + 1000 |
III |
- Расчёт на компьютере
Шлейфовый направленный ответвитель
Исходные данные:
Длина волны л (См) 3.00000
Волновое сопротивление (Ом) 50.00000
Диэлектрическая проницаемость материала 10.30000
Толщина токоведущей полоски (мм) 0.03500
Толщина подложки (мм) 1.50000
+- DF/F0 (%) 1.00000
Результаты расчета:
Эффект. Диэлектрическая проницаемость 7.05203
Длина волны в линии на ср. частоте диап. (См) 1.12970
Длина отрезков полоскового волновода (См) 0.28243
Длина шлейфа (См) 0.25418
Ширина отрезков полосковых линий (мм) 2.31461
Ширина плеч подводящих линий (мм) 1.36813
Рабочее затухание (дБ) 2.47703
Переходное ослабление (дБ) 3.49194
Коэффицент деления мощности (дБ) 0.91515
При F=FN (дБ) С34 = -35.99067
При F=FB (дБ) С34 = -36.16438
Центральная частота диапазона (ГГц) 8.27444
Чертёж рассчитанной выше топологии НО приводится в приложении. Окончательно размеры подложки будут 15х14 мм.
3. Выбор корпуса
Так как данное полосковое устройство не имеет никаких навесных элементов, и доступ к нему нужен только с одной стороны, то целесообразно использовать корпус чашечного типа.
Чашечный корпус включает в себя: непосредственно сам корпус, переход высокочастотный, плату, резиновую прокладку, крышку, трубку (для заполнения инертным газом), низкочастотный вывод, проволоку. Корпус легко изготовить фрезерованием. При серийном изготовлении можно использовать литье, штамповку, прессование из пластмассы и металлизацию гальванопластическим или химико-гальваническим способом. Плата в корпусе крепится либо механическим прижимом ее ко дну корпуса с помощью винтов или других элементов (например, верхней крышки при сборке конструкции на СПЛ), либо припайкой металлизированной экранированной стороны платы к дну корпуса (непосредственно или через компенсирующие прокладки из металлической сетки, чтобы снизить напряжения, возникающие из-за разности КТЛР).
Герметизация корпуса производится пайкой по контуру крышки и переходов, заливкой щелей компаундами. При использовании пайки выполняем шов с закладкой проволоки , что обеспечивает возможность вскрытия корпуса при ремонте, и используем резиновую прокладку, препятствующую попаданию припоя и флюса внутрь корпуса. Сборочный чертёж корпуса приводится в приложении.
4. Список использованной литературы
Методические указания и задания к курсовой работе по курсу «Конструкции экранов и СВЧ устройств». Москва 1985г.
Полосковые платы и узлы. Пректирование и изготовление. Е. П. Котов. Сов. радио, 1979.
Справочник по расчёту и конструированию СВЧ полосковых устройств. В. И. Вольман. Радио и связь. 1982г.
Конспект лекций по дисциплине «Техническая электродинамика».
Overview
Лист1Лист2
Лист2 (2)
Sheet 1: Лист1
Частота | Потери в канале прямой связи [дБ] | Потери в канале направленной связи [дБ] |
3.46500 | 18.74726 | 0.05834 |
3.46967 | 18.61415 | 0.06017 |
3.47433 | 18.48305 | 0.06203 |
3.47900 | 18.35388 | 0.06391 |
3.48367 | 18.22660 | 0.06583 |
3.48833 | 18.10114 | 0.06777 |
3.49300 | 17.97746 | 0.06975 |
3.49767 | 17.85551 | 0.07175 |
3.50233 | 17.73524 | 0.07378 |
3.50700 | 17.61660 | 0.07584 |
3.51167 | 17.49955 | 0.07793 |
3.51633 | 17.38404 | 0.08005 |
3.52100 | 17.27004 | 0.08220 |
3.52567 | 17.15751 | 0.08438 |
3.53033 | 17.04641 | 0.08659 |
3.53500 | 16.93670 | 0.08883 |
Sheet 2: Лист2
Sheet 3: Лист2 (2)
МГАПИ
Курсовой проект
Группа ПР-7
Специальность 2008
Студент .
РАСЧЕТ НАПРАВЛЕННОГО ФИЛЬТРА НА ПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ
Вариант 4.0
ИСХОДНЫЕ ДАННЫК:
Длина волны L [см]:....................................... 10.00
Характеристическое сопротивление проводящих полосок [Om]:. 50.00
Частота приемника [ГГц]:.................................. 3.50
Полоса пропускания [%]:................................... 2.00
Коэффициент затухания в канале прямой связи [дБ]:......... 2.00
Коэффициент затухания в канале направленной связи [дБ]:... 30.00
Диэлектрическая проницаемость материала:.................. 10.00
Толщина подложки [mm]:.................................... 0.5
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ:
Длина одной стороны петли [sm]:........................... 0.79057
Коэффициент неравномерности ЧХ в полосе пропускания:...... 1.82032
Коэффициент связи:........................................ 0.96077
Волновое сопротивление Ro прямое [Om]:.................... 7.07004
Волновое сопротивление Ro направленное [Om]:.............. 0.14144
Верхняя граница приема [ГГц]:............................. 3.53500
Нижняя граница приема [ГГц]:.............................. 3.46500
Зазор в области связи S [mm]:............................. 0.05142
Ширина полосок b [mm]:.................................... 0.68207
Частота [ГГц]:........................................... 3.46500
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.74726
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.05834
Частота [ГГц]:........................................... 3.46967
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.61415
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06017
Частота [ГГц]:........................................... 3.47433
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.48305
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06203
Частота [ГГц]:........................................... 3.47900
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.35388
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06391
Частота [ГГц]:........................................... 3.48367
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.22660
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06583
Частота [ГГц]:........................................... 3.48833
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 18.10114
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06777
Частота [ГГц]:........................................... 3.49300
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.97746
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.06975
Частота [ГГц]:........................................... 3.49767
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.85551
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.07175
Частота [ГГц]:........................................... 3.50233
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.73524
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.07378
Частота [ГГц]:........................................... 3.50700
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.61660
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.07584
Частота [ГГц]:........................................... 3.51167
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.49955
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.07793
Частота [ГГц]:........................................... 3.51633
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.38404
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.08005
Частота [ГГц]:........................................... 3.52100
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.27004
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.08220
Частота [ГГц]:........................................... 3.52567
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.15751
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.08438
Частота [ГГц]:........................................... 3.53033
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 17.04641
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.08659
Частота [ГГц]:........................................... 3.53500
Потери в канале прямой связи [дБ]:....................... 16.93670
Потери в канале направленной связи [дБ]:................. 0.08883
Задание.
Сконструировать направленный фильтр на основе полосковой линии. Фильтр используется для разделения каналов приёма и передачи, причём и передатчик, и приёмник работают на одну антенну.
Частота принимаемого сигнала fпр=4,5 ГГц.
Полоса частот, занимаемая принимаемым сигналом 2fпр=2%
Частота передатчика fпрд=3,5 ГГц.
Коэффициент затухания на границе полосы пропускания не должен превышать значения LНс=2 дБ.
Коэффициент затухания прямого канала на частоте направленной связи больше LПс=30 дБ.
Характеристическое сопротивление подводящих полосок 50 Ом.
Диапазон рабочих температур : -50 — +85 C.
Дополнительные условия: минимальный объём.
Требуется выбрать материал подложки устройства. Определить конструктивные размеры полосок фильтра. Построить частотные зависимости LПс(f) и LНс(f). Предусмотреть подключение к плечу 4 согласованной нагрузки в виде сосредоточенного элемента с мощностью рассеяния, не превышающей 2 Вт при непрерывном режиме работы.
1. Фильтры.
Фильтр — четырёхполюсник, затухание которого мало в заданной полосе (полоса пропускания) и велико на всех других частотах вне этой полосы (полоса заграждения). Большое затухание в