1-я часть задания типового расчёта.
Схема широкополосного согласования комплексной нагрузки линии передачи.
Содержание расчета.
Линия передачи нагружена на последовательное соединение активного сопротивления и реактивность, которая может быть либо ёмкостью, либо индуктивностью. Предполагается, что активное сопротивление от частоты не зависит, а реактивность зависит, причём сопротивление индуктивности и проводимость ёмкости пропорциональны частоте.
Возможный вид
нагрузки:
На центральной частоте рабочего диапазона частот заданы нормированные к волновому сопротивлению линии передачи действительная и мнимая составляющие комплексного сопротивления нагрузки. Задана также относительная полоса частот ±Δf/f, и максимально допустимое значение КСВ в этой полосе. (КСВдоп для всех предполагается равным 1.25)
Рассчитывается частотная зависимость входного сопротивления исходной нагрузки в заданной полосе частот, а также максимальное значение КСВ в этой полосе. Зависимость входного сопротивления изображается на круговой диаграмме.
Рассчитывается параллельный шлейф, включённый в линию в той же точке, что и нагрузка, и компенсирующий реактивность нагрузки на центральной частоте. Рассчитывается частотная зависимость полученного контура в заданной полосе и максимальное значение КСВ этого контура. Результат расчёта изображается на той же круговой диаграмме полных сопротивлений.
Рассчитывается четвертьволновый трансформатор, трансформирующий активное сопротивление контура на центральной частоте в нормированное сопротивление 1/КСВдоп. Рассчитывается частотная зависимость сопротивления на входе трансформатора, максимальное значение КСВ этой зависимости, и результат изображается на круговой диаграмме.
Рассчитывается параллельный колебательный контур, компенсирующий реактивную составляющую входного сопротивления на крайних частотах заданной полосы частот. Результат расчёта в полосе частот изображается на круговой диаграмме. Сравниваются максимальные величины КСВ с включением параллельного контура на входе трансформатора и без включения.
Достигнута ли цель расчёта?
Исходные данные для 1-й части типового расчёта
№ (по списку) |
R |
X |
Δf/f |
1 |
2 |
-3 |
±10% |
2 |
1 |
0.5 |
±8% |
3 |
1.5 |
3 |
±5% |
4 |
0.5 |
-0.5 |
±20% |
5 |
1 |
-1 |
±20% |
6 |
0.5 |
2 |
±5% |
7 |
1 |
-2 |
±10% |
8 |
2 |
3 |
±10% |
9 |
1 |
1 |
±20% |
10 |
2 |
-3 |
±10% |
11 |
0.5 |
-2 |
±5% |
12 |
1.5 |
2 |
±12% |
13 |
2 |
-5 |
±5% |
14 |
1.5 |
-1.5 |
±20% |
15 |
0.5 |
1.2 |
±10% |
16 |
2 |
5 |
±5% |
17 |
1.5 |
-2 |
±12% |
18 |
1 |
-3 |
±5% |
19 |
1.5 |
-2.5 |
±10% |
2-я часть задания на типовой расчет.
Расчет мостового согласующего устройства (узкополосное согласование).
Заданы:
Тип мостового устройства – квадратный мост или гибридное кольцо (в зависимости от варианта), в микрополосковом, полосковом, копланарном или щелевом исполнении (также в зависимости от варианта). Устройство функционирует на частоте 3 ГГц, по всем выходам согласовано с 50-омными линиями передачи, реализованными в том же исполнении, что и мостовое устройство.
Мостовое устройство выполнено на базе фольгированного материала с относительной диэлектрической проницаемостью материала подложки – 2, 3, 6 или 10 (в зависимости от варианта), толщина фольгированного материала – 0.5, 1, 2, 3 или 4 мм (в зависимости от варианта). Во всех случаях тангенс угла потерь материала подложки равен 0.001, фольга медная толщиной 0.008 мм. В копланарной линии кроме этого задана также величина зазора между заземлёнными пластинами и центральным проводником.
Мостовое устройство выполняет функцию согласующего устройства, нагруженного со стороны входа 2 на комплексное сопротивление Zн=60+j*55 Ом; ко входам 3 и 4 мостового устройства подключены реактивные нагрузки - отрезки линий, закороченные либо разомкнутые на конце, (предполагается, что реактивные отрезки микрополосковой и полосковой линий на конце разомкнуты, а отрезки копланарной и щелевой линий на конце закорочены; в таком виде реализация этих элементов существенно упрощается). Длины реактивных отрезков линий выбираются из условия, чтобы вход 1 мостового устройства был согласован.
Требуется:
Определить геометрию поперечного сечения всех линий передачи, рассматриваемых в заданном варианте. Для микрополосковой, полосковой и копланарной линий нужно найти ширину центрального проводника, для щелевой линии – величину зазора щели в зависимости от волнового сопротивления соответствующей линии.
Найти длины отрезков линий, из которых составлено мостовое устройство.
Найти длины настроечных отрезков линий, подключённых ко входам 3 и 4.
Примечание. Расчёт геометрии поперечного сечения линий и длин отрезков линий производится с помощью программы-калькулятора линий передачи СВЧ TXLine (2003), прилагаемой к заданию. Эта программа свободно распространяется в Интернете.
Требуется также:
записать в общем виде на центральной частоте матрицу рассеяния четырехполюсника, получающегося из мостового устройства после включения двух регулируемых реактивных нагрузок на выходах 3 и 4,
записать и решить уравнение относительно фаз коэффициентов отражения регулируемых реактивных нагрузок, обеспечивающих согласование четырёхполюснков,
нарисовать эскиз рассчитанного мостового устройства с реактивными нагрузками, указать на эскизе все размеры.
Исходные данные
№ |
Тип мостового устройства |
Тип линии |
эпсилон |
H (мм) |
G (кл) |
1 |
гк |
кл |
10 |
0.5 |
0.5 |
2 |
км |
мпл |
2 |
0.5 |
|
3 |
гк |
пл |
2 |
2 |
|
4 |
км |
кл |
6 |
1 |
0.1 |
5 |
гк |
мпл |
2 |
0.5 |
|
6 |
км |
пл |
2 |
2 |
|
7 |
гк |
кл |
3 |
0.5 |
0.1 |
8 |
км |
мпл |
3 |
0.5 |
|
9 |
гк |
пл |
3 |
2 |
|
10 |
км |
кл |
10 |
0.5 |
0.2 |
11 |
гк |
мпл |
3 |
0.5 |
|
12 |
км |
пл |
3 |
2 |
|
13 |
гк |
кл |
3 |
1 |
0.1 |
14 |
км |
мпл |
6 |
1 |
|
15 |
гк |
пл |
10 |
4 |
|
16 |
гк |
мпл |
6 |
1 |
|
17 |
км |
пл |
10 |
3 |
|
18 |
гк |
кл |
6 |
1 |
0.2 |
19 |
км |
мпл |
10 |
1 |
|
20 |
гк |
мпл |
10 |
1 |
|
Примечание: км – квадратный мост, гк – гибридное кольцо, мпл – микрополосковая линия, пл – полосковая линия, кл – копланарная линия, H – полная толщина подложки, G – (для копланарной линии) – зазор между центральным и заземлённым проводниками, лежащими в одной плоскости.