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

66615. Разработка программного обеспечения автоматизированной системы проектирования операций сверления отверстий 198 KB
  Ввод исходных данных о материале детали и режущей части инструмента; геометрии, погрешности заточки и размерах инструмента; об условиях обработки (осевая подача, точность оборудования, размеры и погрешность заготовки и др.).
66616. Характеристика выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК 5.21 MB
  Классификация источников питания СВТ В зависимости от характера преобразования энергии в источнике питания выполняемого при получении на его выходе требуемого напряжения источники питания подразделяются на: Первичные источники питания; Вторичные источники питания.
66617. Порядок проведения аудиторской проверки по основным участкам бухгалтерского учета и налогообложения хозяйственных операций 319.92 KB
  Ознакомиться с учетной политикой организации и внутренними нормативными документами изучить: организацию бухгалтерского учета; построение учетного аппарата; формы бухгалтерского учета; первичный учет и документооборот; взаимосвязь аналитического и синтетического учета.
66618. Канали QPSK з Rayleigh Fading та AWGN 804.45 KB
  Звернути увагу на сузір’я блоку Rayleigh Output та на лічильних помилкових бітів.(другий рядок в блоці Display1). Коли точки на діаграмі розміщені в відповідних квадрантах кількість помилок на змінюється. При переміщенні (повороті) діаграми...
66619. Виды АРУ приемных устройств РЛС. Работа АРУ с обратной связью 371.16 KB
  Мощность отраженного радиолокационного сигнала принимаемого от отражающего объекта, изменяется прямопропорционально четвертой степени дальности или удвоенного времени распространения энергии зондирующего радиолокационного сигнала до этого объекта.
66620. Дирижерская интерпретация музыкального произведения (генезис и эволюция) 196.5 KB
  В истории научной мысли дирижирование, как деятельность и вид музыкального исполнительства, является своеобразным «оплотом» творческого лагеря, правила и особенности существования в котором, казалось бы, не подвластны объяснению. Действительно, количество парадоксальных и взаимоисключающих явлений...