АФУ Семинары

Задание 1. Определить геометрические параметры делителя в виде: а) кольцевого и б) двухшлейфного НО с коэффициентом деления мощности m = 3 на МПЛ с поликоровой подложкой толщиной h = 0,5 мм (ε = 9,8; частота f = 2 ГГц; входное волновое сопротивле-

ние ρ0 = 50 Ом).

Задание 2. Определить геометрические параметры кольцевого делителя мощности с коэффициентом деления мощности m = 2 и m = 4 на МПЛ с поликоровой подложкой тол-

щиной h = 0,5 мм (ε = 9,8; частота f = 8 ГГц; входное волновое сопротивление ρ0 = 50 Ом).

Литература

1. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Сов.

радио, 1976. - С. 157 - 170.

2. Чистюхин В.В. Антенно-фидерные устройства. - М.: МИЭТ, 1997. - С. 17 - 34.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Различные типы pin-диодов отличаются номинальными значениями максимального R и минимального r сопротивлений, величиной собственной емкости Cд, допустимым уров- нем рассеяния СВЧ-мощности, временем срабатывания и т.д. В тех случаях, когда требу- ются минимальные веса и габариты СВЧ-аппаратуры, управляющие устройства выполня- ются на основе МПЛ-передач с применением бескорпусных pin-диодов.

С учетом вышесказанного выполним расчет двухканального коммутатора с парал- лельным подключением pin-диодов, изображенного на рис.1. Рассмотрим состояние, когда диод D1 открыт, а D2 закрыт. В этом случае входная проводимость 1-го канала, пересчи- танная к месту разветвления (точка А), оказывается равной

Следует обратить внимание, что начальные выражения (1) и (2) являются уравнения- ми четвертьволнового трансформатора.

Для компенсации реактивной (индуктивной) составляющей проводимости Yвх 2 , чис-

ленно равной проводимости BC диода, к точке разветвления подключается параллельный шлейф (разомкнутый на конце), обеспечивающий емкостную проводимость, равную BC.

Для определения геометрических параметров шлейфа воспользуемся известными вы- ражениями для входного сопротивления шлейфов:

а) режим холостого хода:

б) режим короткого замыкания:

В нашем случае воспользуемся выражением (3):

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

С учетом шлейфа Yвх 2 ≈ y0 , т.е. мощность, поступившая на вход коммутатора, практи-

чески полностью проходит в канал 2 и не попадает в канал 1. Картина изменится, если поменять рабочие состояния диодов D1 и D2.

Распределение мощности входного сигнала между открытым и закрытым каналами переключателя (учитывая, что g и G имеют конечные значения) легко найти из условия, что при параллельном соединении активных проводимостей мощность делится пропор- ционально их величине. Сделав предположение о малости величины BC, можно получить

где K - качество pin-диода, K = Rr .

Основными рабочими характеристиками коммутатора являются: - потери пропускания Lпр =10lg(Pвх Pоткр ) [дБ];

- потери запирания Lз = 10lg(Pвх Pзакр ) [дБ];

- KстV на входе коммутатора в обоих его состояниях.

В реальных коммутаторах потери пропускания лежат в пределах

0,2 ÷ 1,5 дБ, потери запирания составляют 20 ÷ 40 дБ, KстV на входе коммутатора 1,2 ÷ 2,0.

Расчет фазовращателя с парой подключаемых реактивностей. Указанный фазов-

ращатель, изображенный на рис.3,а, представляет собой МПЛ, в которую на определен- ном расстоянии (в точках А и Б) параллельно включены два одинаковых четвертьволно- вых шлейфа, нагруженных на разомкнутые отрезки линий и pin-диоды.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис.3. Фазовращатель с парой подключаемых реактивностей:

Принцип действия ФВ легко объясняется из эквивалентной схемы на рис.3,б. Она пред-

ставляет собой отрезок длинной линии, обеспечивающей набег фазы j1 = p +2 a , где α -

требуемая величина фазового сдвига ФВ. Теория цепей показывает, что если в точках А и

Подключение указанных проводимостей обеспечивается с помощью шлейфов y1 . В

случае включения диодов D1 и D2 (а они включаются одновременно) каждый шлейф мо- жет рассматриваться как короткозамкнутый отрезок длиной Λ4 с нулевой входной про-

водимостью Y = 0 , т.е. они не влияют на проводимость основной линии.

При обесточенных диодах проводимость Y определяется входной проводимостью ко- роткого участка линии yвх = jBш , емкостной проводимостью диода jBC и волновой прово-

димостью y1 четвертьволнового шлейфа (согласно формуле четвертьволнового транс-

форматора):

Таким образом, величины y1 , BC и Bш связаны между собой соотношением

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

полученном для идеального диода ( R = ∞ и r = 0 ), имеются два неизвестных:

их определения введем реальные проводимости диода в открытом и закрытом состояниях: G и g соответственно. Тогда при открытом диоде (G = 1/r) имеем Yоткр = y12 G , а при обес-

точенном диоде ( g =1R )

(в последнем соотношении использовано условие g << (BC + Bш )).

Для оптимизированного ФВ (условие равенства потерь в обоих состояниях) необхо- димо обеспечить равенство его активных составляющих:

отсюда

В оптимизированном ФВ потери определяются по формуле

где K - качество диода, K = Rr .

Из формулы (7) видно, что при α → π потери в ФВ L → ∞ . Обычно такой тип ФВ применяется для получения фазового сдвига a £ p2 .

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Пример. Рассчитать геометрические параметры ФВ на подключаемых неоднородно- стях на частоте f = 3 ГГц; величина требуемого фазового сдвига a = p2 , используемый pin-диод типа “Самшит” (2А547А-3), имеющий на данной частоте следующие характери- стики: r =1,4 Ом; R = 20000 Ом; Сд = 0,1пФ . Оценить потери проектируемого ФВ.

Решение. 1. Проводимость pin-диода на заданной частоте равна:

BC = 2pfCд = 6,28×3×109 ×10−13 = 2×10−3 См .

2. Проводимости МПЛ и pin-диода в закрытом и открытом состояниях составляют

y0 = 2 ×10−3 См; g = R1 = 5×10−5 См; G = 1r = 0,7См.

3. Проводимость шлейфа, рассчитанная по формуле (6), составляет

B= 3,5 ×10−5 - 2 ×10−3 » 4 ×10−3 См (емкостной характер).

4.Проводимость четвертьволнового трансформатора, рассчитанная по формуле (7),

равна

5. Для нахождения геометрических параметров шлейфа воспользуемся выражениями (4) и (5):

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6. Оценим потери на прохождение ФВ по формуле (8):

L =10lg(1+ 4102 )» 0,4 дБ.

Задание 1. Рассчитать геометрию двухканального коммутатора на частоте f = 5 ГГц при использовании pin-диода типа “Костяника” (2А517), экспериментально измеренные про- водимости которого (приведенные к ρ0 = 50 Ом ) равны соответственно

Yзакр = 0,015 + j0,08, Yоткр = 25,0 + j0,00.

Задание 2. Рассчитать геометрию фазовращателя на подключаемых реактивностях на частоте f = 5 ГГц, величина требуемого фазового сдвига α = π / 4 , используемый диод типа “Самшит” (2А55547А-3), который имеет на данной частоте следующие характеристики: r =1,5 Ом; R = 20000 Ом; Сд = 0,1пФ. Оценить потери проектируемого фазовращателя.

Литература

1. Веселов Г.И., Алехин Ю.Н. Элементы теории и вопросы проектирования СВЧ уст-

ройств. - М.: МИЭТ, 1980. - С. 130 - 137.

2. Чистюхин В.В. Антенно-фидерные устройства. - М.: МИЭТ, 1997. - С. 41 - 56.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Семинар № 6. Расчет характеристик системы линейных вибраторов и антенн бегущей волны

Система линейных вибраторов. Как известно, направленные свойства линейных

вибраторов определяются в основном множителем системы

где N - число вибраторов; k - волновое число, k = 2πλ ; d - межэлементное расстояние; θ -

угол наблюдения, отсчитываемый от нормали (рис.1).

z

Рис.1. Система линейных вибраторов

Направленные свойства решетки определяются ее диаграммой направленности, которая в общем случае имеет вид, показанный на рис.2 в декартовой системе координат.

Рис.2. ДН системы линейных вибраторов

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Характеристиками ДН являются следующие параметры:

-ширина основного луча 2q0 ;

-ширина ДН по половинной мощности Dq0,5 ;

-направление и уровень боковых лепестков.

Шириной ДН по уровню половинной мощности называется диапазон углов, внутри

которого справедливо соотношение

E ³ E max 2 .

Можно показать, что при Nd = L >> λ

Практический интерес представляет определение отношения максимального значения

модуля вектора E для боковых лепестков E p max (где p - порядковый номер БЛ) к макси-

мальному значению модуля вектора E для главного лепестка E max . Найдем это отноше-

ние для первого лепестка:

k1 = E 1max E max = F(q)1max F(q) max

при условии, что ДН элемента не учитывается.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com