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».
6
Overview
Лист1
Лист2
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 полосе заграждения
создается за
счет поглощения
и отражения
энергии подводимых
сигналов.
По взаимному
расположению
полос пропускания
и заграждения
фильтры делятся
на фильтры
нижних частот
(ФНЧ), т.е фильтры,
пропускающие
частоты ниже
заданной и
подавляющие
сигналы на
других частотах;
верхних частот
(ФВЧ), пропускающие
сигналы на
частотах выше
заданной и
подавляющие
сигналы вне
этой полосы;
полосовые (ПФ),
пропускающие
сигналы в пределах
заданной частоты
и подавляющие
сигналы вне
этой полосы;
режекторные
(РФ), подавляющие
сигналы на
частотах в
пределах заданной
полосы.
К числу основных
параметров
фильтров относятся:
полоса пропускания,
полоса заграждения,
средняя частота,
коэффициент
затухания в
полосе пропускания,
коэффициент
затухания в
полосе заграждения,
крутизна частотной
характеристики,
коэффициент
отражения от
входа и выхода,
формы и размеров
сечения линии
передачи, в
которую включается
фильтр.
Синтез фильтров
СВЧ сводится
к синтезу
эквивалентной
схемы (низкочастотного
прототипа),
удовлетворяющей
заданной частотной
характеристике
и замене сосредоточенных
элементов схемы
соответствующими
элементами
на СВЧ.
Интегральные
схемы СВЧ-фильтров
чаще всего
конструируют
на основе
микрополосковой
линии (МПЛ) и
простейших
элементов
(переходы и
резонаторы).
Как известно,
МПЛ в отличие
от полых волноводов
не имеют нижней
частоты отсечки,
а потому на их
основе могут
быть реализованы
практически
все типы фильтров,
включая фильтры
нижних частот.
Фильтры нижних
частот используются
в схемах детекторов,
смесителей,
в цепях питания
ИС СВЧ и др. ФНЧ
бывают на элементах
с распределенными
параметрами
и с сосредоточенными
параметрами,
имеющие меньшие
габаритные
размеры.
Фильтры верхних
частот выполняются
с помощью соединения
параллельных
индуктивностей
в виде полосковых
короткозамкнутых
шлейфов с высоким
волновым
сопротивлением,
имеющих малую
длину, и последовательных
ёмкостей.
Из-за трудности
реализации
надежного
короткого
замыкания на
высокочастотных
участках СВЧ
диапазона
применяют
широкополосные
полосовые
фильтры, называемые
фильтрами
псевдоверхних
частот.
Полосовые
фильтры могут
быть реализованы
на основе
микрополосковых
резонаторах,
связанных между
собой определенным
способом.
В ПФ, имеющим
последовательные
связи полуволновых
резонаторов
через торцевые
ёмкости для
получения
широкой полосы
пропускания
соседние резонаторы
должны быть
сильно связаны
между собой,
что возможно
при больших
ёмкостях в
зазорах (очень
малых S).
Ввиду технологических
ограничений
на зазор реализуемые
полосы пропускания
не превосходят
20%. Длина такого
фильтра получается
очень большой.
Более компактная
конструкция
ПФ со связью
полуволновых
полосковых
резонаторов
через боковые
поверхности.
Достоинством
таких фильтров
на параллельно
связанных
резонаторах
являются малые
габаритные
размеры, относительно
большие расстояния
между резонаторами,
что облегчает
их производство
и повышает
электрическую
прочность,
крутые скаты
частотной
характеристики.
Фильтр на встречных
стержнях состоит
из полосковых
четвертьволновых
резонаторов,
короткозамкнутых
на одном конце
и разомкнутых
на другом, причём
короткозамкнутые
концы чередуются.
Эти фильтры
имеют малые
габаритные
размеры и потери,
широкие пределы
полосы пропускания.
Однако выполнение
такого фильтра
в печатном
исполнении
связано с трудностями
обеспечения
надежного
короткого
замыкания
резонаторов.
Одна из основных
проблем полосковых
фильтров,
обусловленная
ограниченной
добротностью
печатных резонаторов,
состоит в получение
малых потерь
и узкой полосы
пропускания.
Режекторные
фильтры, подобно
полосовым,
могут быть
реализованы
на основе ферритовых
и диэлектрических
резонаторов.
В этом случае
резонаторы
устанавливаются
на некотором
расстоянии
от полосового
проводника
линии или накладывая
на него, забирая
при этом энергию
при резонансе.
При сближении
резонатора
с проводником
ослабление
в полосе пропускания
растет.
Направленные
фильтры —
восьмиполосные
устройства,
предназначенные
для частотного
разделения
сигналов в
плечах устройства.
На частоте fнс,
называемой
частотой направленной
связи почти
вся энергия
будет поступать
в плечо 2 (плечо
направленной
связи) рис 1. При
изменении
частоты происходит
перераспределение
потока СВЧ
мощности: её
уровень в плече
2 падает, а в плече
3 (плечо прямой
связи) растет.
Как правило,
такие схемы
используются
для развязки
приёмника
(подключается
к плечу 2) передатчика
(плечо 3) при работе
на общую антенну
(плечо 1), причём
плечо 4 нагружено
на согласованную
нагрузку.
Конструкция
НФ. Возможной
реализацией
НФ на полосковых
линиях с боковой
связью является
соединение
двух зажимов
НО, как это показано
в приложении
1. Основные
конструктивные
параметры S
и b имеют
смысл, аналогичный
параметрам
НФ.
2. Выбор
диэлектрической
подложки.
При выборе
материала для
подложки
направленного
фильтра на
полосковой
линии необходимо
руководствоваться
температурным
диапазоном
работы и дополнительными
требованиями.
Для заданного
диапазона
рабочих температур
(-50 — +85 C)
подходят 6
материалов:
| Материал | Марка | ГОСТ или ТУ | Толщина мм | Допуск мм | Габариты мм | на f=10ГГц | tg | Диапазон температур |
| Стеклотекстолит фольгиров. | СФ-1-35 СФ-2Н-50 | ГОСТ 10316-70 | от 0,5 до 3,0 | ±0,1 | 400x600 | 6,0 | 2,5·10-2 | -60 — +85 |
| Фторопласт фольгированный | ФФ-4 | ТУ6-05-1416 | 1,5; 2.0 2,5; 3,0 | 0,15 | 170x230 250x250 | 2,0 | 2,5·10-4 | -50 — =150 |
| Фторопласт фольгиров. армиров. | ФАФ-4 | ГОСТ 21000-75 | —— | 0,15 | 440x550 | 2,5 | 7·10-4 | -50 — +250 |
| Ситалл ВЧ | СТ-32-1 | ТХ7.817.000ТУ | от 0,5 до 2,0 | ±0,05 | 60x48 и др | 10,0 | 7·10-4 | -50 — +700 |
| Ситалл | СТ-38-1 | НТХО.027.112 | —— | ±0,05 | 150х78 60х48 | 7,25 | 3·10-4 | -50 — +700 |
| Керамика | 22ХС | АЯ0.027.003ТУ | —— | ±0,01 | 24х30 48х60 | 10,30 | 15·10-4 | -50 — +1000 |
Керамика | Поликор | НТХ0.027.027 | —— | ±0,01 | 24х30 | 10,30 | 1·10-4 | -50 — +700 |
Подложку
(Керамика Поликор)
выбираем из
следующих
дополнительных
требований
:
Диапазон | -50 — +85 |
| Дополнительные требования | мин. объём |
макс. | |
мин. |
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.
Студент
2,5:1
№ докум
№
Лист
Розенфельд
Подпись
Дата
Руковод.
Консульт
Зав.
Каф
Лит
Масс
Масштаб
Лист
Листов
29
10
20
10
6
0,5
2
Студент
10:1
№ докум
№
Лист
Розенфельд
Подпись
Дата
Руковод.
Консульт
Зав.
Каф
Лит
Масс
Масштаб
Лист
Листов
l=7,9
l=7,9
b=0,68
S=0,05
b0=1,02
45
0,53
18 мм
5
5
b0=1,02
18
12