Реферат: Контрольная по прикладной СВЧ электронике

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

По дисциплине:

 «Прикладная СВЧ электроника»

Выполнил ст. гр.5531

М.А.Лукьянов

Проверил

Г.А.Морозов

Казань 2002   <span Times New Roman"">Задание №1Полосковый делитель мощности<span Times New Roman"">-произвести расчетделителя (сопротивление плеч, геометрические размеры проводников)

-составитьэскиз платы делителя с указанием необходимых размеров

<span Times New Roman"">Исходные данныеТаблица 1

Тип 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

   

<img src="/cache/referats/13333/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

                       Рис.1                                                          Рис.2  

1.Анализ задания:

     Данный полосковый делитель являетсяпростейшим шестиполюсником состоящий из двух четвертьволновых отрезков линиипередачи, две пары полюсов которого соединены параллельно, а две оставшиесяпары полюсов связаны через активное сопротивление R2.

     Рассмотрим принцип действия кольцевогоделителя мощности. Сигнал подводимый к плечу 3, разделяется поровну между двумячетвертьволновыми отрезками кольцевого делителя и, следовательно, волнынапряжений в точках Б и В равны и синфазны. Если плечи 1 и 2 нагружены наидеально согласованные нагрузки, а входное сопротивление каждого из двухпараллельно включенных четвертьволновых отрезков делителя (в точке А) равно2ρо, то плечо 3 делителя будет идеально согласованным.

    Сигнал, подводимый к плечу 1 (в точке Б),попадает в точку В плеча 2 по двум путям: непосредственно через «точечное»сопротивление R2 и через отрезок линии БАВ, равный  Λ/2. Таким образом, в точку В две частисигнала поступают в противофазе; при соответствующем выборе сопротивления R2достигается их компенсация и, следовательно, идеальная развязка плеч 1 и 2. Приэтом одна половина мощности входного сигнала поступает в плечо 3, а другаяполовина рассеивается в активном сопротивлении R2.

     В силу симметрии делителя мощности(относительно оси YY) аналогичные рассуждения справедливы при подачесигнала а плечо 2.

      Кольцевой делитель может обеспечитьсуммирование мощностей СВЧ сигналов. Если к плечам 1 и 2 подвести два синфазныхсигнала, то в плече 3 выделится суммарный сигнал.

     Кольцевой делитель (сумматор) мощностиобеспечивает развязку между выходными (входными) плечами, хорошее согласование,малые потери энергии в широкой полосе частот и обладает небольшими линейнымиразмерами. При правильном выборе волновых проводимостей четвертьволновыхотрезков делителя (сумматора) можно обеспечить заданное деление мощности (илисоответствующее сложение заданных мощностей).

     Кольцевые делители могут быть реализованына полосковых и микрополосковых линиях передачи.

2.Расчет делителя.

Сопротивлениеплеч.

      Расчеткольцевого делителя мощности проведем методом зеркальных отображений, согласнокоторому 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:

<img src="/cache/referats/13333/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/13333/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"><img src="/cache/referats/13333/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><img src="/cache/referats/13333/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><img src="/cache/referats/13333/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030">

<img src="/cache/referats/13333/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/13333/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

где Y1=ρ0/ρ1 – нормированная волноваяпроводимость отрезка однородной линии длиной l; Y2=2ρ0/R2 – удвоенная нормированная проводимостьактивной нагрузки R2,включенной между 1-м и 2-м плечами шестиполюсника; Y3= ρ0/z3– нормированная проводимость короткого замыкания (далее полагаем, что Y3= ∞); ρ0 – волновоесопротивление подводящих линий; Λ – длина волны в линиях передачи.

      Определимэлементы матрицы рассеяния [Ŝ] шестиполюсного делителя на средней частоте f<img src="/cache/referats/13333/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> рабочегодиапазона частот (l=Λ<img src="/cache/referats/13333/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><img src="/cache/referats/13333/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

соответствует f<img src="/cache/referats/13333/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1036">):

                            Ŝ<img src="/cache/referats/13333/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1037"><img src="/cache/referats/13333/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1038">        

                           

                            Ŝ<img src="/cache/referats/13333/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1039"><img src="/cache/referats/13333/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1040"><img src="/cache/referats/13333/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1041">             

                             Ŝ<img src="/cache/referats/13333/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1042">   <img src="/cache/referats/13333/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1043">     

Идеальное согласование всех трех плеч делителя (Ŝ<img src="/cache/referats/13333/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1044"><img src="/cache/referats/13333/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1045"><img src="/cache/referats/13333/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1046"><img src="/cache/referats/13333/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1047">

                  Y<img src="/cache/referats/13333/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1048">=<img src="/cache/referats/13333/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1049">,           Y<img src="/cache/referats/13333/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1050">=1         

 

   или

                <img src="/cache/referats/13333/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1051"><img src="/cache/referats/13333/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1052"><img src="/cache/referats/13333/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1053">       R<img src="/cache/referats/13333/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1054"><img src="/cache/referats/13333/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1055">

Определим волновое сопротивление соединительных отрезковлиний кольца

                     <img src="/cache/referats/13333/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1056">=<img src="/cache/referats/13333/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1057"><img src="/cache/referats/13333/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1058">=50<img src="/cache/referats/13333/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1059">

Активное сопротивлениенагрузки

                                 R<img src="/cache/referats/13333/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1060">2<img src="/cache/referats/13333/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1061">=2·50=100 Ом

Расчет геометрическихразмеров.

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

      По заданнойчастоте определим длину волны в свободном пространстве:

                                 <img src="/cache/referats/13333/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> м

Определим длину волны в линии передачи

                             <img src="/cache/referats/13333/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> м = 92 мм

Длина плеч делителя определяется как

                             l=Λ/4=92/4=23 мм

Активное сопротивление R2 выбираем типа МЛТ у которого длина корпуса с выводами равнаа=7 мм.

Ширина полоски кольца (W<img src="/cache/referats/13333/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1064">) и полосок подводящих линий (W<img src="/cache/referats/13333/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1065">) определяется по графику рис.2.10 (3).

                         W<img src="/cache/referats/13333/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1066">=1,4 мм,       W<img src="/cache/referats/13333/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1067">=2,8 мм

Найдем остальные геометрические размеры делителя:

                              h= W<img src="/cache/referats/13333/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1068">/2=1,4/2=0,7 мм

l´=<img src="/cache/referats/13333/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> мм

Радиус кольцевого участка:

2<img src="/cache/referats/13333/image061.gif" v:shapes="_x0000_i1070">    <img src="/cache/referats/13333/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1071">    <img src="/cache/referats/13333/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1072">

<img src="/cache/referats/13333/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1073"><img src="/cache/referats/13333/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1074">(46+7+7,2)/6,28=60,2/6,28=9,6 мм

 

Таккак Zвх=Zвых=50 Ом, то в данной схеме трансформаторсопротивлений не применяется. Коэффициент деления по мощности равный 0.5означает что мощность, подведенная к полюсам 3-3 делится ровно пополам и кполюсам

1-1,2-2 подводится мощность равная Рвх/2.

Вывод:

Входе решения мы разработали микрополосковый делитель (сумматор) мощности длячастоты f<img src="/cache/referats/13333/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1075">=1,8ГГц. Эскиз делителя (сумматора) показан на Рис.3, а основные геометрическиеразмеры на Рис.4.

<img src="/cache/referats/13333/image069.jpg" v:shapes="_x0000_i1076"><img src="/cache/referats/13333/image071.jpg" v:shapes="_x0000_i1077">

                 Рис.3                                               Рис.4

<span Times New Roman"">Задание №2

Измерение электрофизическихпараметров диэлектриков волноводными методами.

<img src="/cache/referats/13333/image073.jpg" v:shapes="_x0000_i1078">

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

Линия2 и отрезок волновода 3 заполнены диэлектриком. Определить диэлектрическуюпроницаемость <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">e

и тангенс угла потерь tg<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">D  диэлектрика по результатам измерений (таблица2).Таблица 2

fо, 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

<span Times New Roman"">Решение

Выбираемдля частоты fо=10 ГГц волновод сечением 23х10 мм, материал стенок- медь.

Длинаволны <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l

о=3 см.

Сначалапо значению длины волны в волноводе найдем относительную проницаемость диэлектрика,для чего преобразуем формулу

 

                                       <img src="/cache/referats/13333/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1079">  

разделивобе части на <img src="/cache/referats/13333/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> и возведя в квадрат:

                                         <img src="/cache/referats/13333/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1081">

Отсюдаследует выражение для расчета диэлектрической проницаемости:

                                          <img src="/cache/referats/13333/image081.gif" v:shapes="_x0000_i1082">

где<img src="/cache/referats/13333/image083.gif" v:shapes="_x0000_i1083"> мм.

Подставляячисленные значения, получим:

                                  <img src="/cache/referats/13333/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1084">

Дляопределения tgΔдиэлектрика найдем сначала коэффициент ослабленияволны в волноводе, используя для этого измеренное значение КСВ. Из теории цепейс распределенными параметрами известна формула, связывающая модуль коэффициентаотражения в заданном сечении линии с коэффициентом стоячей волны:

                                        <img src="/cache/referats/13333/image087.gif" v:shapes="_x0000_i1085">

Внашем случае, когда волновод закорочен на конце,

                                                   <img src="/cache/referats/13333/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1086">

откуда

                                                   <img src="/cache/referats/13333/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1087">

Подставляячисленные значения, получим

                                                 <img src="/cache/referats/13333/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1088">

                                    <img src="/cache/referats/13333/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1089"> м<img src="/cache/referats/13333/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1090">

Общеезатухание волны в волноводе складывается из затухания за счет потерь вметаллических стенках и в исследуемом диэлектрике. По формуле

                                    <img src="/cache/referats/13333/image099.gif" v:shapes="_x0000_i1091">

подставляятуда <img src="/cache/referats/13333/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1092"> вместо <img src="/cache/referats/13333/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1093">

                                         <img src="/cache/referats/13333/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> м<img src="/cache/referats/13333/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1095">

Найдемзатухание за счет потерь в диэлектрике:

                          <img src="/cache/referats/13333/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1096"> м<img src="/cache/referats/13333/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1097">

Дляопределения tgΔпреобразуем выражение

                                             <img src="/cache/referats/13333/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1098">

учитывая,что <img src="/cache/referats/13333/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1099"> и <img src="/cache/referats/13333/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1100">

                                          <img src="/cache/referats/13333/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1101">

Подставляяв полученное выражение численные значения, получим

                                 <img src="/cache/referats/13333/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1102">

Вывод:

В ходе решения мы определили следующие параметрыдиэлектрика:

-<span Times New Roman"">        

диэлектрическую проницаемость <img src="/cache/referats/13333/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1103">

-<span Times New Roman"">        

тангенс угла потерь <img src="/cache/referats/13333/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1104"><span Times New Roman"">Списоклитературы

1.Устройства СВЧ и антенны. Седельников Ю.Е., Линдваль В.Р., Лаврушев                                        В.Н.,Стахова Н.Е. Казань. КГТУ им. А.Н. Туполева 2000 г.

2.Прикладная СВЧ электроника. Казань. КГТУ им. А.Н. Туполева 2002 г.

3.Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях.       Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р. М. Советскоерадио. 1972 г.

4.Сборник задач по курсу: «Электродинамика и распространение радиоволн» под ред.Баскакова С.И. М.: Высшая школа 1981 г.