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

30716. Развитие социально-политического кризиса в Европе в начале 1920-х гг 22 KB
  : сильный рост промышленного правительства в США Франции в результате 1 мировой войны они обогатились. Основой промышленного подъема был технический прогресс новые технологии новые отрасли автомобили Увеличение концентрации и централизации капитала усиления мощи корпораций смена промышленности и банков – рост финансового капитала. Рост благотворительности для поддержания социальной стабильности.
30717. ФРГ: переход к новой «восточной политике». Договор с СССР от 12 августа 1970 г 27 KB
  Брандт – с 1969 канцлер ФРГ лидер социалдемократов. Подтверждалось что Западный Берлин не является частью территории ФРГ и устанавливался тройной механизм взаимоотношений между компетентными органами ГДР Западного Берлина и ФРГ по вопросам регулирования транзитных перемещений граждан транспортного телефонного и телеграфного сообщения и пр. Но Западный Берлин имел международные соглашения заключенные ФРГ поэтому ФРГ получила право представлять интересы жителей Западного Берлина в международных организациях по вопросам не...
30718. Причины, особенности и основные последствия мирового экономического кризиса 1929 – 1933 гг 23 KB
  Мировой экономический кризис 19291933 годов носивший название Великой депрессии наиболее сильно затронул такие страны как Великобритания США Франция Канада и Германия. Важным фактором обусловившим всемирный характер великой депрессии стал процесс перемещения экономического центра из Западной Европы в США. Последствиями Великой депрессии стали: ухудшение уровня жизни фермеров и мелких торговцев; уменьшение уровня производства; рост числа безработных; возрастание сторонников фашистских организаций.
30719. Исторический опыт Народных фронтов (Франция, Испания, Чили) 23.5 KB
  Народный фронт представляет собой политический союз который как правило объединяет левые и центральные силы для осуществления противодействия правым силам представителей власти. Основной целью возникновения народных фронтов стала борьба за защиту экономических интересов рабочего класса и противопоставление войне и фашизму. Самый первый народный фронт был образован во Франции в 1935 году который объединил в себе все левосторонние партии.
30720. Общее и особенное в политике британских консерваторов и лейбористов в 1920-е гг 23 KB
  Консервативная партия Великобритании – одна из двух ведущих политических партий страны образовавшаяся в 1867 году на базе партии тори. К 1930му году в Великобритании стала ясной гибель радикального социализма тогда на первый план выдвинулся либерализм который настаивал на прямом вмешательстве государства в экономику и передаче государству целого ряда социальных функций. Внутреннюю политику консерваторов Великобритании 1920 1930х годов можно охарактеризовать как стремление сохранить существующую ранее универсальность и...
30721. Основные этапы первой мировой войны. Факторы поражения германо-австрийского блока 27.5 KB
  В июле 1914 г Германия и Австровенгрия начинают первую мировую войну. Германия хотела сначала вывести из строя Францию чтобы прекратить борьбу на два фронта: Западном и Восточном. 1 этап – вторжение в Бельгию где Германия потерпела поражение: в Восточной Пруссии – Германия воевала с русскими армиями; в Галиции и Польше – где победы достались русским. Германия и АвстроВенгрия были экономически истощены под влиянием революций в России среди военных германии и Австрии усилилась антивоенная агитация народ устал от...
30722. «Новый курс» Результата и его историческое значение 24.5 KB
  Его основная цель состояла в оздоровлении экономики и восстановления доверия граждан к государству. Политика Рузвельта получила название Новый курс который он восстановил государственное регулирование экономики и социальных отношений. Законом об оздоровлении национальной экономики вся промышленность была разделена на 17 групп по отраслям и регулировалась нормативными актами кодексами чести определявшими объем выпуска товаров уровня заработной платы распределение рынков сбыта продолжительность рабочего времени и др....
30723. Эволюция и крах бюрократических режимов в стране ЦЮВЕ 26.5 KB
  было сформировано коалиционное правительство в ГДР. Чехословакия и ГДР несколько условно могут быть отнесены к государствам с довольно высоким уровнем развития Польша Венгрия Хорватия и Словения – страны среднего развития а Болгария Румыния четыре другие республики бывшей Югославии Сербия Черногория Македония Босния и Герцеговина Албания – низкого. По решению парламентов ГДР и ФРГ с 1 июля 1990 г. ГДР прекратила свое существование вместо нее появились пять новых федеральных земель ФРГ.
30724. Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. 25 KB
  Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. для обозначения направления во внешней политике США в основе которого лежит идея невмешательства в европейские дела и вообще в вооруженные конфликты вне американского континента. складывались под влиянием ряда факторов: географическая обособленность Американского континента создание в США ёмкого внутреннего рынка способствовавшего тому что значительная часть буржуазии мало интересовалась заокеанской экспансией расширение за счет др.