2.4. Проектирование фазоврщателей свч

Рассмотрим вопросы проектирования фазовращателей СВЧ на конкретных примерах.

Пример 2.4.1. Рассчитать геометрические размеры фазовращателя на переключаемых отрезках (рисунок 2.4) по следующим исходным данным:

1) =З ГГц, z0=50 Om, ;

2)подложка: h= 1 мм, = 9,8.

Найдем ширину полоски, эффектив­ную диэлектрическую проницаемость, длину волны в линии передачи соответствующего отрезка МПЛ; данные сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

z , Ом	50	80	20
w, мм	0,932	0,288	4,227
	6,58	6,199	7,64
, мм	39,98	40,16	36,16

2.Находим длину соответствующих шлейфов:

а) короткозамкнутых высокоомных: мм;

б) разомкнутых низкоомных: мм.

3. Находим электрическую длину фазосоздающего участка, приняв по конструктивным соображениям Ф1= /10. Из (2.8) находим

Рассчитаем электрическую длину фазирующих участков:

Пример 2.4.2. Проектирование звеньев ФНЧ и ФВЧ фазовращателя на сосредоточенных элементах (см. рисунок 2.7 вариант а). Исходные данные:

частота среза = 1,8 ГГц;

волновое сопротивление ZС =50 Ом;

подложки из поликора = 9,8, h= 1 мм.

Рассчитываем звено ФНЧ, представленное на (рисунке 2.15), эквивалентное отрезку линии длиной .

Рис. 2.15. Звено ФНЧ фазовращателя: а - электрическая схема,

б - эквивалентная схема.

Для > Ф > 0 имеем [6]

(2.36)

2. Находим индуктивность L 2 [7] и емкость С1

3. Проектируем индуктивность L2. Ее можно реализовать в виде от­ резка МПЛ с большим волновым сопротивлением , для которой Wlh < 2, где W- ширина полоски.

Примем Zc = 80 и находим отношение Wlh, например, из формул (1.26).

Получаем Wlh 0,3. Рассчитаем длину МПЛ для получения заданной индуктивности (таблица 2.1):

4. Проектируем конденсатор С1. Для создания емкости, параллельно подключенной к нессиметричной полосковой линии, можно использовать конденсатор в виде отрезка МПЛ малой длины ( ) с относительно низким волновым сопротивлением ( менее 20 Ом). Из известной формулы для плоеного конденсатора (2.29):

С = 8,85 *10-3

находим площадь обкладки:

5. Рассчитаем фазирующую секцию в виде ФВЧ эквивалентную от резку линии длиной /, исполненную в виде однозвенного П -образного звена фильтра.

При 2 >Ф> справедливы выражения:

(2.37)

для Ф= имеем

(2.38)

Находим величину индуктивности:

(2.39)

Находим величину емкости:

(2.40)

Можно использовать конденсатор типа К10-42, имеющий номинальные значения емкости от 1 до 22 пФ.

В случае использования Т-образного звена фильтра, значение индуктивности, рассчитанное по приведенной выше формуле, необходимо удвоить.

Выбираем коммутационные диоды типа 2А517А.

Рассчитываем блокировочные индуктивности и емкости.

Если нижняя частота в спектре передаваемого сигнала значительно выше наибольшей частоты в спектре управляющего напряже­ния, то значения Lбл, и Сбл выбираются из соотношения:

(2.41)

Примем рад/сек (так как не заданы сведения о полосе рабочих частот).

Блокировочную емкость 30 пФ можно реализовать навесным конденсатором К10-17 или, если позволяют габариты, в виде отрезка МПЛ площадью 350 мм2.

Блокировочную индуктивность, величиной 80 нГн, можно реализовать в виде меандра (рисунок 2.13, в) или навесного дросселя.

В некоторых случаях вместо блокировочной индуктивности можно использовать блокировочный резистор величиной до нескольких кОм или комбинацию дросселя с резистором. Например, для диода 2А517 прямой ток управления равен 10 мА, тогда при управляющем напряже­нии Uo = 10 В

В результате проведенного проектирования мы получили все необходимые для разработки конструкции данные.

Пример 2.4.3. Проектирование фазовращателя с одним двухзвенным фильтром нижних частот на дискрет фазы (вариант б, рисунок 2.7). Отличительной особенностью от примера 2.4.2 является использо­вание двухзвенного ФНЧ в одном канале.

Рис 2.16. Двухзвенный ФНЧ

Считаем, что одно звено эквивалентно отрезку линии длиной Ф = /2. Для Ф = /2 имеем

Определяем индуктивность и емкость звена по исходным данным примера 2.4.2:

Конструктивно средняя между индуктивностями емкость имеет значение 2C1.

Пример 2.4.4. Рассчитать элементы фазовращателя типа периодически нагруженной линии (рисунок 2.12) по следующим данным:

f0= 1,8 ГГц, z0=50Om, = /4;

параметры диодов: К = 2000 (rпр = 1 Ом, R = 2000 Ом); Сд = 0,3 пФ;

подложка: h = 1 мм, = 9,8.

Находим длину отрезка линии между точками А и В.

При

откуда

для

Таким образом длина отрезка линии между точками А и В: /= 20 мм.

2. Находим проводимость шлейфов:

Ом.

или Ом.

Находим длину шлейфов

Находим реактивную проводимость короткого разомкнутого шлейфа:

Находим геометрическую длину разомкнутого шлейфа:

откуда

Находим геометрическую длину короткозамкнутого шлейфа:

Примем тогда

Таким образом, мы произвели расчет геометрических размеров фа­зовращателя и теперь можно производить разработку топологии гиб­ридной интегральной схемы, руководствуясь, например, ОСТ4ГО.010.224-82.