Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра РРС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Устройства сверхвысоких частот и антенны

Вариант 17

Выполнил: ст. гр. ЗРТЭ 23-11

Федоров В. В.

Проверил: преподаватель

Иванов В.Н.

Чебоксары 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. РАСЧЕТ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ 5

2. РАСЧЕТ ФВЧ 8

3. РАСЧЕТ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ 13

4. РАСЧЕТ ПЛАВНОГО ПЕРЕХОДА 15

5. РАСЧЕТ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Структурная схема.

Г – генератор; ЛП - линия передачи; ПЧ – полосовой фильтр; НО – направленный ответвитель; СЦ – согласующая цепь; ПП – плавный переход.

Исходные данные:

Z = 40 Ом;

ε = 4,0;

f₀= 7,0 ГГц;

Δf₀= 110 МГц;

Тип согласующей цепи: Г-образный фильтр.

ВВЕДЕНИЕ

Линия передачи - элемент цепи, с помощью которого энергия в виде электромагнитной волны переносится из одной области пространства в другую. Линии передачи бывают двух классов: симметричные и несимметричные. К симметричным относятся линии с потенциалом двух проводников, вдоль которых распространяется электромагнитная волна, отличающимся по величине от некоторого потенциала, обычно равного потенциалу земли. В несимметричных линиях один из двух проводников заземлен.

Линии передачи применяются в разнообразных устройствах на частотах от нуля до соответствующих оптическому диапазону. Конструкция линии определяется как рабочим диапазоном частот, так и областью ее применения. Двухпроводная линия используется на относительно низких частотах, сложные комбинации из медных проводников и диэлектрика - в диапазонах ОВЧ, УВЧ и СВЧ, твердые диэлектрики типа пластика или стекла - в оптическом диапазоне. Умело используя те или иные особенности конкретной линии передачи, можно спроектировать и практически реализовать разнообразные устройства, такие, например, как фильтры, согласующие цепи и др.

Создание подобных устройств усложняется тем, что линия передачи - система с распределенными параметрами. На частоте 10 МГц и ниже длина волны велика: от 30 м и более. При этом размеры стандартных электронных компонентов, конден­саторов, индуктивностей и других элементов обычно не превышают нескольких сантиметров, т. е. малы по сравнению с длиной волны. Такие элементы могут рас­сматриваться как сосредоточенные. Точнее, это элементы с размерами, пренебрежимо малыми по сравнению с длиной волны, на которой они работают. По мере повышения частоты длина волны уменьшается и становится соизмеримой с размерами элементов.

1 РАСЧЕТ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Конфигурация микрополосковой линии(МПЛ) показана на рис. 1. Микрополосковая линия является неоднородной линией передачи, так как не все силовые линии поля между полосковым проводником и заземленной пластиной проходят через подложку. Поэтому волна, распространяющаяся вдоль микрополоскового проводника, является не чистой Т-волной(является «квази– Т-волной»). Эффективная диэлектрическая проницаемость εэф меньше диэлектрической проницаемости подложки, так как она учитывает поле вне подложки.

На практике микрополосковые схемы размещают в гермитирующих корпусах, изолирующих от внешних электромагнитных полей и от внешних климатических воздействий. Собственные волны экранированной микрополосковой линии классифицируют по типу двухслойного провода с добавлением слова«квази», так как собственная волна двухслойного провода имеет пять компонент, а экранированная МПЛ– шесть компонент. Волна основного типа, распространяющаяся в МПЛ, отличается от ТЕМ-волны наличием продольных компонент электромагнитного поля, обусловленных несимметричным заполнением линии диэлектриком (неоднородной диэлектрической средой). Продольные компоненты электромагнитного поля зависят как от параметров структуры(ширины и толщины микрополоска, высоты и диэлектрической проницаемости подложки), так и от рабочего диапазона частот. Это приводит к зависимости собственных параметров МПЛ(волнового сопротивления, эффективной диэлектрической проницаемости, длины волны в линии, потерь) от частоты (дисперсии

Рисунок 1. Поперечное сечение линии

Дано: ε_r = ε = 4,0;

Зададимся Z_л = 75 Ом;

1. Найдем коэффициентами А:

;

2. Найдем коэффициентами В:

3. Так как А > 1,52, то найдем отношение:

4. Примем ширину подложки

h = 4 мм

5. Ширина полоски

мм.

6. Толщина полоски

мм

7. Эффективное отношение ширины полоски к толщине подложки

8. Эффективная проницаемость подложки

9. Длина волны

см

10. Потери в диэлектрике

2 РАСЧЕТ ФИЛЬТРА ВЫСОКИЙ ЧАСТОТ

Исходные данные:

f₀=7,0 ГГц;

1. Зададимся полосой пропускания

∆f=110 МГц;

2. Граничные частоты:

ГГц

ГГц

3. Выберем тип АЧХ фильтра Баттерворда;

Число ступеней полосового фильтра – 5;

4. Найдем g-параметры

,

,

,

,

,

.

5. Расчет фильтра

Рисунок 2. Полосовой фильтр

а) Геометрические размеры первой ступени

пФ

т. к. A<1,52

мм.

мм

мм

мм

б) Геометрические размеры второй ступени

нГн

т. к. A>1,52

мм.

мм

мм

мм

в) Геометрические размеры третьей ступени

пФ

т. к. A<1,52

мм.

мм

мм

мм

г) Геометрические размеры четвертой ступени

нГн

т. к. A>1,52

мм.

мм

мм

мм

д) Геометрические размеры пятой ступени

пФ

т. к. A<1,52

мм.

мм

мм

мм

3. РАСЧЕТ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ

Существует другой тип нап­равленного ответвителя, в котором можно реализовать сильную связь вплоть до 0 дБ. Этот так называемый шлейфный направленный ответвитель (рис. 3.24) весьма прост в изготовлении на основе микрополосковой или симметричной полосковой линии.

Длины отрезков, соединяющих входные и выходные плечи ответвителя, выбираются равными четверти длины волны в линии (отметим, что длина волны может зависеть от волнового сопротивления линии, как, например, в микрополосковой линии).

Рис 3.1. Двухшлейфный направленный ответвитель

т. к. A>1,52

мм.

мм

мм

4. РАСЧЕТ ПЛАВНОГО ПЕРЕХОДА

При Zв=75 Ом

т. к. A>1,52

мм.

При Zв=40 Ом

т. к. A<1,52

мм

5 РАСЧЕТ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Тип согласующей цепи: резистивная Г-образная согласующая цепь.

Эта цепь состоит из двух резисторов и является простейшей согласующей секцией (рис. 5.1). Она используется для согласования волновых сопротивлений R₀₁ и R₀₂ . Для согласования по входу

Рис. 5.1. Г-образная согласующая цепь из активных сопротивлений

Ом

Ом

где R₀₁ и R₀₂ – задаваемые значения.

Затухание, вносимое этой цепью, вычисляет­ся по известным значениям. .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте были рассчитаны параметры СВЧ – цепи и разработана ее конструкция на несимметричных полосковых линиях согласно заданию. При этом в микрополосковом исполнении были реализованы элементы, эквивалентные в данном диапазоне частот элементам с сосредоточенными параметрами: катушкам индуктивности, конденсаторам, и т.д.

Однако элементы в микрополосковом исполнении имеют ряд побочных свойств, не характерных для элементов с сосредоточенными параметрами: дисперсия в линиях передачи, существенное влияние реактивности в месте стыка отрезков линий передачи, периодичность сопротивления от частоты, что приводит к побочным полосам пропускания. К тому же на СВЧ нельзя пренебречь влиянием неоднородностей и излучением.