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

15 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

69014. Високочастотні властивості p-n структур 188.5 KB
  Таким чином при прямій напрузі електрони переходять із однієї області у іншу без витрат енергії утворюючи струм. В цьому випадку навпроти заповнених рівнів pобласті знаходяться заповнені рівні nобласті і електрони здійснюють тунельні переходи з ВЗ pн п в ЗП nн п в обох напрямках і сумарний...
69015. Р-п структури різного призначення. Випрямні властивості р-n переходу 267 KB
  Їх виготовляють за сплавною або дифузійною технологією. Конструкції малопотужних сплавних і дифузійних діодів однакові. До кристалу з р-n переходом припаюють виводи і розміщують у корпусі на кристалодержаку. Вивід емітера ізольований від корпусу, вивід бази зв’язують з корпусом...
69016. МОДЕЛІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУР 160 KB
  Барєрна ємність визначається нерухомими іонами атомів домішок дифузійна рухомими носіями заряду. Барєрна ємність існує при зворотній напрузі дифузійна при прямій. Барєрна ємність Барєрну ємність СБАР утворює обємний заряд нерухомих позитивних іонів атомів домішок Q який розміщується...
69018. Статичні характеристики біполярних транзисторів 290 KB
  Статичні характеристики біполярних транзисторів Вольтамперні характеристики БД Для розрахунку електричних ланцюгів що містять транзистори необхідно знати залежності між струмами і напругами на їх входах та виходах. Вхідна статична характеристика це залежність вхідного струму від...
69019. Робота транзистора в ключовому режимі 131.5 KB
  В апаратурі телекомунікацій часто виникає необхідність використання каскадів, котрі пропускають сигнал або його не пропускають. Такі каскади називають ключовими. Вони будуються на БТ, які працюють у ключовому режимі (режимі перемикання).
69020. Багатопереходні структури. Призначення, будова, класифікація та позначення тиристорів 215.5 KB
  Основу тиристора складає пластинка з монокристалу силіцію з областями p і nтипу які чергуються рис. Анод і катод тиристора мають відводи. Класифікація і позначення тиристорів середньої і малої потужності Крім того відвод у тиристора може бути і від внутрішньої області.