3 Расчет топологии балансного смесителя
Смеситель (преобразователь частоты) является одним из важнейших узлов радиометрического приемника. Специфичным требованием, предъявляемым к смесителям многоканальных приемных устройств, является обеспечение высокой идентичности их параметров (коэффициента передачи и фазочастотных характеристик), что практически определяет вариант гибридно-интегрального исполнения [8].
В смесителе принимаемый СВЧ сигнал преобразуется в сигнал промежуточной частоты, при этом диод используется в качестве нелинейного активного сопротивления. Диод помещается в специальную смесительную секцию, к которой подводят мощности сигнала и гетеродина, и соединяют его с входной цепью УПЧ, служащей нагрузкой диода на промежуточной частоте.
Наиболее важными требованиями, предъявляемыми к электрическим параметрам смесителей СВЧ, являются: минимальный коэффициент шума и достаточная полоса частот.
Лучшими характеристиками обладают балансные смесители (БС), имеющие на входе балансное соединение. В таких смесителях развязка гетеродин-сигнал, гетеродин - ПЧ обеспечивается за счет баланса моста, подбора идентичных диодов и их согласования. В схемах БС используются подобранные пары разнополярных диодов с малым разбросом параметров в паре. Это необходимо для получения коэффициента подавления шумов гетеродина больше 20 dB.
Для данной схемы БС выбираем смесительные диоды 3А117БР-6 арсенидогаллиевые, планарно-эпитаксиальные, с барьером Шоттки. Предназначены для применения в преобразователях частоты сантиметрового диапазона длин волн в составе гибридных интегральных микросхем и микросборок. Выпускаются в бескорпусном исполнении с жесткими выводами на кристаллодержателе.
Рисунок 3.1 - Топология микрополоскового балансного смесителя
Расчет балансного смесителя проводим в следующем порядке.
Рассчитаем минимально необходимую полосу частот смесителя по формуле
,
где fП – промежуточная частота;
∆fП – полоса пропускания.
fП=
,
fП
=
.
.
Найдем волновое сопротивление полоски основной линии по формуле
Zл
=
,
Zл
=
Найдем ширину полоски основной линии по формуле
,
где
- толщина подложки,
=1,5
см;
-
диэлектрическая проницаемость материала
подложки,
=
2,6.
.
Найдем длину четвертьволновых отрезков основной линии по формуле
,
где
- рабочая длина волны,
=
32 мм;
-
эффективная диэлектрическая проницаемость,
находится по следующей формуле
.
,
.
Волновое сопротивление полоски шлейфов равно сопротивлению линии
Zш
= Zл
=
Найдем ширину полоски шлейфов по формуле
,
.
Найдем длину четвертьволновых отрезков шлейфов по формуле
,
где - эффективная диэлектрическая проницаемость, находится по следующей формуле
.
,
.
Определим потери шлейфа и основной линии
Находим
толщину скин-слоя на частоте
по формуле
,
где
- рабочая частота,
=
9,24 ГГц.
.
Определяем поверхностное сопротивление проводника по формуле
,
где
σ
– удельная проводимость проводника,
для меди σ
=
См/м.
Определяем погонные потери проводимости в несимметричной полосковой линии по формуле
,
,
.
Определяем потери проводимости отрезков основной линии и шлейфа по формуле
,
где
- длина отрезка, мм.
,
.
Находим погонные диэлектрические потери по формуле
,
где
- тангенс угла диэлектрических потерь,
=
.
.
Найдем потери в диэлектрике отрезков моста по формуле
,
где - длина отрезка, мм,
,
.
Найдем полные потери шлейфа и основной линии по формуле
,
,
.
Рассчитаем коэффициент стоячей волны (КСВ) входных плеч моста по формуле
,
.
Определим развязку изолированного плеча
,
Найдем потери моста по формуле
,
.