Реферат: Контрольная по прикладной СВЧ электронике

Министерство образования РоссийскойФедерацииКазанский ГосударственныйТехнический Университет им. А.Н.ТуполеваКонтрольная работа

По дисциплине:

«Прикладная СВЧ электроника»

Выполнилст. гр.5531

М.А.Лукьянов

Проверил

Г.А.Морозов

Казань 2002 Задание №1Полосковый делитель мощности-произвести расчет делителя (сопротивление плеч, геометрические размерыпроводников)

-составить эскиз платыделителя с указанием необходимых размеров

Исходные данныеТаблица 1Тип линии

Материал

подложки

Число

выходов

Коэффициент

деления по

мощности

Zо

Вх/Вых,

Ом

Fо,

ГГц

Электрическая

схема делителя

Несимметричная

полосковая

САМ-3 2 0.5 50/50 1.8 См. рис.1

Решение

Рис.1 Рис.2

1. Анализ задания:

Данный полосковыйделитель является простейшим шестиполюсником состоящий из двух четвертьволновыхотрезков линии передачи, две пары полюсов которого соединены параллельно, а двеоставшиеся пары полюсов связаны через активное сопротивление R2.

Рассмотрим принципдействия кольцевого делителя мощности. Сигнал подводимый к плечу 3, разделяетсяпоровну между двумя четвертьволновыми отрезками кольцевого делителя и,следовательно, волны напряжений в точках Б и В равны и синфазны. Если плечи 1 и2 нагружены на идеально согласованные нагрузки, а входное сопротивление каждогоиз двух параллельно включенных четвертьволновых отрезков делителя (в точке А)равно 2ρо, то плечо 3 делителя будет идеально согласованным.

Сигнал, подводимый кплечу 1 (в точке Б), попадает в точку В плеча 2 по двум путям: непосредственночерез «точечное» сопротивление R2 и через отрезок линии БАВ, равный Λ/2. Такимобразом, в точку В две части сигнала поступают в противофазе; присоответствующем выборе сопротивления R2 достигается их компенсация и,следовательно, идеальная развязка плеч 1 и 2. При этом одна половина мощностивходного сигнала поступает в плечо 3, а другая половина рассеивается в активномсопротивлении R2.

В силу симметрииделителя мощности (относительно оси YY) аналогичные рассуждениясправедливы при подаче сигнала а плечо 2.

Кольцевой делительможет обеспечить суммирование мощностей СВЧ сигналов. Если к плечам 1 и 2подвести два синфазных сигнала, то в плече 3 выделится суммарный сигнал.

Кольцевой делитель(сумматор) мощности обеспечивает развязку между выходными (входными) плечами,хорошее согласование, малые потери энергии в широкой полосе частот и обладаетнебольшими линейными размерами. При правильном выборе волновых проводимостейчетвертьволновых отрезков делителя (сумматора) можно обеспечить заданноеделение мощности (или соответствующее сложение заданных мощностей).

Кольцевые делители могутбыть реализованы на полосковых и микрополосковых линиях передачи.

2. Расчет делителя.

Сопротивление плеч.

Расчет кольцевого делителя мощности проведем методомзеркальных отображений, согласно которому эквивалентный шестиполюсник (Рис.2)разбиваем на два симметричных (относительно оси YY)четырехполюсника, работающих при синфазном (++) и противофазном (+-) видахвозбуждения. Нормированные классические матрицы передачи этих четырехполюсниковпри соответствующих видах возбуждения записываются следующим образом:

/>/>/>=/>/>

/>/>

где Y1=ρ0/ρ1 – нормированная волновая проводимость отрезкаоднородной линии длиной l; Y2=2ρ0/R2 – удвоенная нормированная проводимостьактивной нагрузки R2, включенной между 1-м и 2-мплечами шестиполюсника; Y3= ρ0/z3 – нормированная проводимость короткого замыкания (далееполагаем, что Y3= ∞); ρ0– волновое сопротивление подводящих линий; Λ – длина волны в линияхпередачи.

Определим элементы матрицы рассеяния [Ŝ]шестиполюсного делителя на средней частоте f/> рабочего диапазоначастот (l=Λ/>/4,Λ/>

соответствует f/>):

Ŝ/>=/>

Ŝ/>= Ŝ/>= />

Ŝ/>= />

Идеальное согласование всех трех плеч делителя (Ŝ/>=Ŝ/>=Ŝ/>=0) и идеальная развязкамежду первым и вторым плечами (Ŝ/>=0) имеютместо в том случае,

Y/>=/>, Y/>=1

или

/>=/>/>, R/>=2/>

Определим волновое сопротивление соединительных отрезковлиний кольца

/>=/>/>=50/>=50·1,41=70,5 Ом

Активное сопротивление нагрузки

R/>=2/>=2·50=100Ом

Расчет геометрических размеров.

По заданию материал подложки использован типа САМ-3с диэлектрической проницаемостью ε =3.

По заданной частоте определим длину волны всвободном пространстве:

/> м

Определим длину волны в линии передачи

/> м= 92 мм

Длина плеч делителя определяется как

l=Λ/4=92/4=23мм

Активное сопротивление R2 выбираемтипа МЛТ у которого длина корпуса с выводами равна а=7 мм.

Ширина полоски кольца (W/>) и полосокподводящих линий (W/>)определяется по графику рис.2.10 (3).

W/>=1,4 мм, W/>=2,8 мм

Найдем остальные геометрические размеры делителя:

h= W/>/2=1,4/2=0,7 мм

l´=/> мм

Радиус кольцевого участка:

2/> /> />

/>/>(46+7+7,2)/6,28=60,2/6,28=9,6 мм

Так как Zвх=Zвых=50Ом, то в данной схеме трансформатор сопротивлений не применяется. Коэффициентделения по мощности равный 0.5 означает что мощность, подведенная к полюсам 3-3делится ровно пополам и к полюсам

1-1, 2-2 подводится мощностьравная Рвх/2.

Вывод:

В ходе решения мы разработалимикрополосковый делитель (сумматор) мощности для частоты f/>=1,8 ГГц. Эскиз делителя (сумматора) показан наРис.3, а основные геометрические размеры на Рис.4.

/>/>

Рис.3 Рис.4

Задание №2

Измерение электрофизических параметров диэлектриковволноводными методами.

1.Генератор СВЧ;2.Измерительная линия; 3.Отрезок волновода; 4.Измерительный усилитель; lрасстояние от зонда до короткозамыкателя.

Линия 2 и отрезок волновода 3заполнены диэлектриком. Определить диэлектрическую проницаемость e и тангенс угла потерь tgD диэлектрика по результатам измерений (таблица 2).

Таблица 2fо, ГГц

Размеры

а х в

волновода

Длина волны

в волноводе

Материал

стенок

волновода

L, м КСВ 10

Выбрать по

fо

25.7 Медь 0.96 5 Решение

Выбираем для частоты fо=10ГГц волновод сечением 23х10 мм, материал стенок — медь.

Длина волны lо=3 см.

Сначала по значению длиныволны в волноводе найдем относительную проницаемость диэлектрика, для чегопреобразуем формулу

разделив обе части на /> и возведя в квадрат:

Отсюда следует выражение длярасчета диэлектрической проницаемости:

где /> мм.

Подставляя численныезначения, получим:

Для определения tgΔдиэлектрика найдем сначала коэффициент ослабления волны в волноводе, используядля этого измеренное значение КСВ. Из теории цепей с распределеннымипараметрами известна формула, связывающая модуль коэффициента отражения взаданном сечении линии с коэффициентом стоячей волны:

В нашем случае, когдаволновод закорочен на конце,

откуда

Подставляя численныезначения, получим

/> м/>

Общее затухание волны вволноводе складывается из затухания за счет потерь в металлических стенках и висследуемом диэлектрике. По формуле

подставляя туда /> вместо />, рассчитаем коэффициентзатухания за счет потерь в металле:

/> м/>

Найдем затухание за счетпотерь в диэлектрике:

/> м/>

Для определения tgΔпреобразуем выражение

учитывая, что /> и />:

Подставляя в полученноевыражение численные значения, получим