Моделирование трансформатора сопротивлений в распределенном электрическом элементном базисе

Моделирование трансформатора сопротивлений проведём с использованием программного продукта Microwave Office [5]. Для этого, используя полученные на предыдущем этапе данные (число секций и их волновые сопротивления), составим структурную схему трансформатора сопротивлений, где в качестве секций (отрезков длинных линий передачи без потерь) используем базовые элементы TLIN (библиотека Transmission Lines – Phase). Физическую длину четвертьволновых отрезков линий передачи определим по формуле:

,

где – скорость света;

– центральная частота полосы пропускания;

– относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Для полученной схемы построим графики зависимости и коэффициента передачи по напряжению от источника сигнала в нагрузку от частоты.

Для этого вычислим К_стU трансформатора в заданной полосе частот:

где f_норм = f/f_ср – нормированная частота;

– средняя частота; i = 1,…, n-1.

Значение нормированной частоты находится в пределах 0,571 ≤ f_норм ≤ 1,429

Получим:

Модуль коэффициента отражения:

.

Коэффициент стоячей волны по напряжению:

.

Рис.2. График зависимости от частоты

Рис. 3. График зависимости коэффициента передачи по напряжению от источника сигнала в нагрузку от частоты

В результате моделирования была получена характеристика, которая удовлетворяет условиям задачи ( в заданном диапазоне частот на графике не превышает исходного значения 1.25). Можно перейти к проектированию трансформатора сопротивлений в геометрическом элементном базисе.

Разработка топологии трансформатора сопротивлений в геометрическом элементном базисе

Тенденцией развития современных полупроводниковых приёмопередающих систем является непрерывное продвижение в верхнюю часть СВЧ-диапазона, повышение требований к ширине полосы рабочих частот, надёжности и технологичности при одновременном уменьшении веса и габаритов.

В этой части РГР разработаем топологию широкополосного трансформатора сопротивлений в микрополосковом исполнении.

Выбор подложки и материала

Подложка является элементом конструкции, позволяющим реализовать электрическую схему с МПЛ, и в значительной мере определяет среду для распространения СВЧ-энергии.

В качестве материала подложки выбираем 22ХС [стр.14 П1.3 МУ]. Она характеризуется высокой механической прочностью, стабильностью параметров в широком интервале температур.

Таблица №5 Характеристика неорганического диэлектрика

Марка диэлектрика	ɛr	tgδ*10-4
22ХС	9.3±0.3	15

Размеры подложки LxBxH: 60х48х1 (мм).

В качестве материала проводника возьмём медь, так как она обладает хорошей проводимостью и невысокой стоимостью (в отличие от серебра).

Таблица №6. Основные характеристики металла

Металл	Относительное удельное сопротивление q (по отношению к меди)	ρ, Ом*м*106 (на постоянном токе при 20 0С)	σ*107, См/м (удельная проводимость
Медь Cu	1,0	0.0172	5,9

Толщина материала: 0.01 мм

Денормируем найденные волновые сопротивления секций трансформатора.

, где

Используя информацию об электрических параметрах выбранного материале подложки ɛ_r, tgδ и её толщине, материала основного проводника МПЛ σ и его толщине, электрических параметрах МПЛ Z и θ, центральной частоте рабочей полосы частот (1,75 ГГц), с помощью ПО Microwave Office найдём длину L_i и ширину W_i МПЛ для каждой секции.

Рис. 4. Расчёт длины и ширины МПЛ с помощью TX Line

Таблица №7. Длины и ширины МПЛ

Номер секции	Длина полоска L, мм	Ширина полоска W, мм	Эффективная диэлектрическая проницаемость, ɛэфф	Эффективные диэлектрические потери, α, дБ/мм
1	15.5713	5.1384	7.56475	0.00140516
2	15.9883	3.31581	7.17534	0.00142619
3	16.5767	1.78988	6.67496	0.00150047
4	17.0935	0.979988	6.27747	0.00164832