Анализ технического задания.

Исходными данными для расчёта одноканального полоскового переключателя СВЧ мощности на несимметричном волноводе с компенсацией ёмкости диода параллельным шлейфом через Т - образный ответвитель являются: общие потери пропускан ия, потери изоляции, КСВН на входе и длина волны. Требуется рассчитать выключатель параллельного типа на 50 – омном несимметричном полосковом волноводе с воздушным заполнением.

Последовательность расчета:

1. Измеряем параметры диодов или берем их из справочных данных.

2. По формуле определяем потери пропускания А_п1 и изоляцию А_з1 однодиодного выключателя. Если применяется компенсация реактивной составляющей диода, то эти параметры определяются из формулы.

3. Если однодиодный выключатель не отвечает за­данным требованиям, определяется необходимое количе­ство диодов:

,

где А_{з тр.}— требуемая изоляция; А_з1 — изоляция, кото­рую обеспечивает один диод.

4. Потери пропускания А_пп и изоляцию А_зп N - диодного выключателя определяем из формул.

5. Выбираем и рассчитываем компенсирующие шлейфы.

6. Выбираем расстояния l₁ и l₂ из условия согласования сопротивлений R_г и R_н с диодами.

7. Определяем характеристические сопротивления Z_n отрезков волновода между диодами.

8. Рассчитываем конструктивные размеры полоскового волновода.

9. Выбираем и рассчитываем систему управления пе­реключателем.

10. Определяем по формуле общие потери вы­сокочастотной энергии в режиме пропускания.

Расчет электрических и геометрических параметров полоскового переключателя.

1. В качестве переключающих элементов выбираем бескорпусные р-i-п диоды таблеточного типа, которые имеют следующие пара­метры: в режиме пропускания Y*_п. = 0,08+j0,35; в режиме запирания Y*_з= 19+j3.2. Для простоты расчета все диоды считаем идентичными.

2. По формуле рассчитываем величины A_П1 и А₃₁ с учетом компенсации реактивной составляющей сопротивления диода:

,

, где

A_П1 – потери пропускания одного диода;

А₃₁ – потери изоляции одного диода;

3. Определяем необходимое количество диодов:

, где

А_{з_тр} – требуемая изоляция

Берем n = 2.

4. Из формул определяем потери пропускания и изоляций двухдиодного выключателя:

,

.

5. Рассчитываем компенсирующие шлейфы:

а) параллельный шлейф по формуле для первого диода:

,

,

На практике целесообразно применять короткозамкнутый парал­лельный шлейф, так как он, несмотря на большие по сравнению с разомкнутым размеры, имеет следующие преимущества: улучшает жесткость конструкции, дает возможность подстройки тракта пе­редачи СВЧ мощности и компенсации реактивности, возникающей из-за неоднородностей волновода в точках включения диодов.

Длина такого шлейфа:

б) последовательный шлейф по формуле для второго диода:

6. Из соображений лучшего согласования выключателя с гене­ратором и нагрузкой выбираем:

7. Выбираем расстояние между диодами:

Ха­рактеристическое сопротивление этого отрезка волновода определяет­ся из равенства и с инженерной точностью может быть принято равным 50 Ом.

8. Ширину токонесущей полоски несимметричного полоскового волновода находим из формулы.

Расстояние между токонесущей полоской и заземленной пласти­ной волновода d принимаем равным высоте выбранного р-i-п диода h, т. е. d = h = 0,55 мм. Тогда b = 0,5(300/50 - 1) =2,75 мм.

Чтобы практически исключить потеря на излучение, ширина заземленной пластины, а должна составлять (3 ... 5)b. Принимаем

a = 5b = 1,25 см.

9. Управляющее напряжение на диоды подаем через блокиро­вочную емкость, обкладками которой являются основание

и тонкий слой серебра, напыленный на тонкую слюдяную пластинку размером 1,25x2,5 см.

Потери, вносимые блокировочной емкостью, определяем по графику и по формуле:

10. Общие потери высокочастотной энергии в режиме пропускания находим по формуле.

а) Если пренебречь потерями на излучение, то потери в несим­метричном полосковом волноводе с воздушным заполнителем будут определяться только затуханием в металле волновода. Для медного несимметричного полоскового волновода они составят β_ε =0,34дБ/м. Для нашего случая, когда общая длина волновода:

,

потери равны

.

б) Потери из-за отражения определяем по графику или по формуле, исходя из максимально допустимого КСВН:

Потери, обусловленные диодами, были определены ранее в п. 4, а потери в элементах конструкции выключатели есть не что иное, как потери в блокировочной емкости (п. 9). Тогда общие потери пропускания:

Общие потери запирания оп­ределяются только переключаю­щими диодами и рассматривались в п. 4: .