42924

Синтезирование и моделирование широкополосного трансформатора сопротивления, выполненного на четвертьволновых линиях передачи

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В результате получить конструкцию трансформатора сопротивлений соответствующую требованиям установленным заданием и ОСТом. Этапы выполнения работы: Синтез трансформатора сопротивлений в распределенном электрическом элементном базисе. Моделирование Подстройка трансформатора сопротивлений согласно требованиям задания. Подпись Дата Лист 4 НГТУ Rг = 10 Ом – внутреннее сопротивление источника сигнала; Rн = 50 Ом – сопротивление нагрузки; fн = 1ГГц fв = 2ГГц – диапазон частот; KстU = 12 – коэффициент стоячей волны напряжения на...

Русский

2013-11-03

222.05 KB

14 чел.

Задание. Синтезировать и промоделировать широкополосный трансформатор сопротивлений, выполненный на четвертьволновых линиях передачи. В результате, получить конструкцию трансформатора сопротивлений, соответствующую требованиям, установленным заданием и ОСТом.

Этапы выполнения работы: 

  1.  Синтез трансформатора сопротивлений в распределенном электрическом элементном базисе.
  2.  Моделирование.
  3.  Переход в геометрический элементный базис.
  4.  Моделирование
  5.  Подстройка трансформатора сопротивлений согласно требованиям задания.

 Исходные данные:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

НГТУ

Rг = 10 Ом – внутреннее сопротивление источника сигнала;

Rн = 50 Ом – сопротивление нагрузки;

fн  = 1ГГц, fв = 2ГГц – диапазон частот;

KстU = 1,2 – коэффициент стоячей волны напряжения на входных зажимах трансформатора;

Характеристика затухания Чебышевская.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

НГТУ

1.Синтез трансформатора сопротивлений в распределенном электрическом элементном базисе.

Определим общий перепад сопротивлений четвертьволнового трансформатора (рис.1), используя формулу:

 Ом

Относительная полоса пропускания :

                         

Из таблицы 2 [2, стр4] определяем число секций трансформатора n, учитывая, что максимальное значение из таблицы не должно превышать заданного: n = 3.

Определяем волновое сопротивление этих секций [2, с.5, табл.3б]:

Z1=1,27412;

Z2 =

 Z3 = R/Z1 = 5/1,27412 = 3,92428.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

НГТУ

2.Моделирование трансформатора сопротивлений в распределенном электрическом базисе.

Вычислим КсmU трансформатора в заданной полосе частот и построим график:

                      

где         - нормированная частота;

       - средняя частота; .

Модуль коэффициента отражения

.     

Коэффициент стоячей волны по напряжению

    

Для трехсекционного ( n = 3) четвертьволнового трансформатора получим:

    

   

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

НГТУ

Рис. 2 Характеристика КСВ

В результате моделирования получилась характеристика, которая удовлетворяет условию задачи (КcmU в заданном диапазоне частот на графике не превышает исходного значения 1,2). Можно перейти к проектированию трансформатора сопротивлений в геометрическом элементном базисе.

3.Переход в геометрический элементный базис.

Переход в геометрический базис осуществляется с помощью ПО Microwave Office (Window-TX Line…). Для начала  необходимо денормировать сопротивления секций трансформатора:

,   

где .

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

НГТУ

Далее выбираем материал подложки и материал проводника из TX-Line:

Подложка – GaAs (диэлектрическая проницаемость ε = 12,9; тангенс угла потерь tgδ = 0,0005, проводник медь ( удельная проводимость σ = 5,9 ·107См/м).

Размеры подложки L, B, H выбираем в соответствии с ОСТ ГО.010.202 из таблицы 6 [2, стр 8]: B = 48 мм; L = 60 мм; H = 1,0 мм. Размер проводника T устанавливаем равным 7мкм.

В TX Line выбираем вкладку Microstrip.

1. В поле Material Parameters-Dielectric выбираем диэлектрик, при этом в строке Dielectric Constant автоматически появится значение .

2. В строке Conductor выбираем материал проводника (copper).

3. В поле Electrical Characteristics, в строке Frequency задаём среднюю рассчитанную частоту fср = 1,5 ГГц. В строке Impedance задаём значение денормированного сопротивления секции ZДn.

4. В поле Physical Characteristic в строке Height(H) задаём значение выбранной высоты подложки Н = 1,0 мм, в строке Thickness(T) задаём высоту проводника Т = 0,007 мм.

5. Нажимаем стрелку «→».

6. В поле Physical Characteristic, в строках Physical Length (L) и Width (W) появились значения длины и ширины полоска соответственно: L, W в мм.

7.  В поле Electrical Characteristics, в строках Effective Diel. Const. и Loss появились значения эффективной диэлектрической проницаемости и потерь α соответственно в дБ/мм.

Для

- ZД1: L = 15,15 мм, W = 6,528 мм, εэф = 10,878,  α = 1,0327 дБ/мм;

- ZД2: L = 15,885 мм, W = 3,0935 мм, εэф = 9,8942,  α = 1,078 дБ/мм;

- ZД3: L = 16,769 мм, W = 1,2289 мм, εэф = 8,8778,  α = 1,2424 дБ/мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

НГТУ

4. Моделирование в пакете Microwave Office

Исходя из технологических ограничений, налагаемых на микросборки (по требованию ОСТ4 Г0.010.202, плата должна быть 60 мм в длину, 48 мм в ширину и 1,0 мм в высоту, а также по ОСТ4 Г0.010.202 п.5.1.8. «входы и выходы микрополосковых линий должны оканчиваться на расстоянии не менее 0,2 мм и не более 0,5 мм от края платы», и ранее полученных параметров проводим моделирование трансформатора сопротивлений.

Рис.3 Структурная схема четвертьволнового трансформатора

Рис.4 Исходная частотная характеристика трансформатора.

5.Подстройка трансформатора сопротивлений согласно требованиям задания.

Для более

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

НГТУ

рационального использования подложки изменим структурную схему трансформатора сопротивлений, а также произведем оптимизацию параметров трансформатора средствами Microwave Office:

Рис. 5 Структурная схема трансформатора после оптимизации.

Рис. 6 Частотная характеристика трансформатора после оптимизации

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

НГТУ

Результатом моделирования является топология трансформатора сопротивлений.

Рис. 7 Общий вид трансформатора сопротивлений после проведения оптимизации

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

НГТУ

Заключение

Пакет Microwave Office значительно упрощает и ускоряет процесс проектирования устройств СВЧ-диапазона, позволяет подстраивать параметры элементов и одновременно видеть результаты вносимых изменений. В частности, при моделировании четвертьволнового трансформатора данный программный пакет позволил смоделировать трансформатор сопротивлений с заданной (расчетной) характеристикой КСВ в необходимом диапазоне частот.

Литература

1. Весёлов Г.И., Егоров Е.Н., Алёхин Ю.Н. и др. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. / Под ред. Г.И. Весёлова. – М.: Высшая школа, 1988. – 280 с.  

2. Синтез и моделирование широкополосных трансформаторов сопротивлений на четвертьволновых линиях передачи. Методическое пособие для выполнения расчётно-графического задания №2.- Новосибирск, 2006, 13 с.

3. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990. – 288с.

4. Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства: анализ и синтез. – М.: Связь, 1978. – 256 с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

НГТУ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28618. Процедурные типы 15.45 KB
  Для объявления процедурного типа используется заголовок процедуры функции в котором опускается ее имя например: type Prod = Procedure a b c: Real; var d: Real; Proc2 = Procedure var a b ; РгосЗ = Procedure; Func1 = Function: String; Func2 = Function var s: String: Real; Как видно из приведенных примеров существует два процедурных типа: типпроцедура и типфункция. Вычисление и печать значений этих функций реализуются в процедуре PRINTFUNC которой в качестве параметров передаются номер позиции N на экране куда будет...
28619. Процедуры с ближним и дальним адресом вызова 21.13 KB
  Возможность создавать опережающее описание для процедур позволяет решить следующую проблему: предположим в некоторой программе Вы используете две процедуры с именами Proc1 и Proc2 причем процедура Proc1 использует вложенную процедуру Proc2 а процедура Proc2 в свою очередь использует процедуру Proc1. Поскольку Вы не можете использовать не объявленную ранее процедуру то у Вас возникает проблема связанная с необходимостью развязать зацикленные друг на друга процедуры Proc1 и Proc2. Использование директивы Forward при объявлении процедуры...
28620. Описание и вызов процедур и функций 18.23 KB
  Формат описания процедуры имеет вид: procedure имя процедуры формальные параметры; раздел описаний процедуры begin исполняемая часть процедуры end; Формат описания функции: function имя функции формальные параметры:тип результата; раздел описаний функции begin исполняемая часть функции end; Формальные параметры в заголовке процедур и функций записываются в виде: var имя праметра: имя типа и отделяются друг от друга точкой с запятой. Вызов функции в Турбо Паскаль может производиться аналогичным способом кроме того имеется возможность...
28623. Работа со строками Delphi 26.31 KB
  С помощью операции конкатенации одна строка присоединяется к другой:var S S1 S2: String;begin S:=S1S2;end; Результирующая строка S будет суммой двух слагаемых строк. Длина строки то есть количество символов в строке возвращается встроенной функцией function LengthS: String: Integer; Delphi работает со строками типа String в котором длина строки записывается в начале строки перед первым символом. То есть если:S:='Строка типа String';то S[1] символ 'С' S[2] символ 'т' последний символ в строке S[LengthS] равный 'g'....
28624. Оператор цикла for 14.7 KB
  Прежде всего это оператор цикла с параметром for. Такой тип цикла обычно применяют в тех случаях когда количество возможных повторов известно заранее. Он имеет 2 варианта написания: один для цикла с приращением и другой для цикла с уменьшением: for параметр := выражение 1 to выражение 2 do тело цикла ; for параметр := выражение 1 downto выражение 2 do тело цикла ; В первом случае с использованием цикла forto при каждом проходе цикла называемом итерацией значение параметра увеличивается на 1 а во втором fordownto...
28625. Объекты и объектно-ориентированное программирование 86.5 KB
  Концепция объекта в Турбо Паскале. Понятие о динамических объектах. Все средства доступа к структурам данных объекта сосредоточены в этой капсуле это свойство называется инкапсуляцией. Концепция объекта в Турбо Паскале.
28626. Введение в программирование, Принцип программного управления 57.5 KB
  Программы управляемые событиями. Всё что способен делать компьютер это выполнять программы. Процессор €движущая сила€ исполнитель точно выполняющий команды программы. а также операции копирования перемещения информации из одних ячеек памяти в другие ввода данных в оперативную память например символов набранных на клавиатуре вывода информации например на экран дисплея или на диск окончания программы и другие.