LS-Sb90199

В соответствии с методом эквивалентных схем заменяем схему на со-

средоточенных элементах схемой на распределенных элементах (рис. 2.24). Определим 1, 1:

задаем 1 20 Ом,

определяем 1 arctg 1X1 arctg 2032.1 31.9 .

Определим 2, 2:

задаем 2 40 Ом,

определяем 2 arctg Xсх 2 arctg 18.640 24.8 .

Рис. 2.24. Выходная согласующая цепь на распределенных элементах

Воспользовавшись калькулятором линий TXLINE, определяем геометрические размеры микрополосковых линий: W1 = 2.12 мм, L1 = 2.36 мм, W2 = 0.74 мм, L2 = 1.96 мм.

2.5. Расчет цепей питания транзистора

Цепь питания должна обеспечивать развязку СВЧ-тракта с источником питания. Она может быть реализована в виде высокоомного четвертьволнового отрезка линии, закороченного на конце радиальным шлейфом.

Пример. Расчет цепи питания.

Создадим новый проект, в котором воспроизведем схему на рис. 2.25.

Пути к моделям элементов, расположенным в закладке Elements:

порт: Elements → Ports → PORT (либо кнопка на панели меню);

радиальный шлейф: Elements → Microstrip → Other → MSRSTUB2;

диэлектрическая подложка: Elements → Substrates → MSUB.

Параметры радиального шлейфа выбираются так, чтобы его входное со-

противление на требуемой частоте было близко к нулю (рис. 2.25). Угол радиального шлейфа можно взять в диапазоне [30; 60]º, например Theta = 30°.

21

Далее составляем схему усилителя с рассчитанными ранее согласующи-

ми цепями и цепями питания (рис. 2.29).

Пути к моделям элементов, расположенным в закладке Elements:

порт: Circuit Elements → Ports → PORT (либо кнопка на панели меню);

порт с гармоническим колебанием заданной мощности: Circuit Elements → Ports → Harmonic Balance → PORT1;

источник напряжения: Circuit Elements → Sources → DC → DCVS;

Рис. 2.29. Схема усилителя

земля: Circuit Elements → Interconnects → GND;

диэлектрическая подложка: Circuit Elements → Substrates → MSUB;

конденсатор: Circuit Elements → Lumped Element → Capacitor → CAP;

микрополосковая линия: Elements → Microstrip → Lines → MLIN;

микрополосковая линия, разомкнутая на конце: Elements → Microstrip → Lines → MLEF;

соединение четырех микрополосковых линий: Elements → Microstrip → Junctions → MCROSS;

радиальный шлейф: Elements → Microstrip → Other → MSRSTUB2.

23

крутизна ФЧХ фильтра во многом определяет уровень фазовых шумов автогенератора. В данном курсовом проекте не формулируется требование к фазовым шумам, поэтому достаточно выполнить только первое требование.

Так как высокая избирательность не нужна, фильтр можно выполнить на одном резонаторе, представляющем собой отрезок микрополосковой линии. Связь резонатора с источником сигнала и нагрузкой может быть непосредственной (рис. 3.1, а), емкостной (рис. 3.1, б) либо распределенной (рис. 3.1, в). При этом длина резонатора, разомкнутого на концах, должна составлять около половины длины волны, а короткозамкнутого с одного конца – четверти длины волны.

Рис. 3.1. Варианты включения фильтра между источником и нагрузкой

Волновое сопротивление резонатора рекомендуется выбрать в 2–3 раза меньшим, чем волновое сопротивление тракта.

Требования к оптимизации фильтра:

коэффициент отражения на входе фильтра должен составлять не более –20 дБ в окрестности частоты генерации АГ;

относительная ширина полосы пропускания фильтра по уровню –10 дБ не должна превосходить 20…30 %.

Заметим, что фазовый набег, вносимый фильтром, отличается для каждого конкретного конструктивного варианта. Поэтому для выполнения баланса фаз АГ длина ЛЗ будет разной, что может быть использовано для оптимизации топологии АГ.

Пример. Выберем схему с распределенной связью. Схема содержит связанные линии и неоднородности типа «скачок ширины» и «разомкнутый конец».

Создадим схему фильтра (рис. 3.2).

Оптимизацию схемы выполним по следующим критериям:

коэффициент отражения на входе – не более –20 дБ;

коэффициент передачи на частоте генерации – не менее –0.5 дБ;

25

скачок ширины полоска со смещением для соединения двух микрополос-

ковых линий: Circuit Elements → Microstrip → Junctions → MSTEPX;

отрезок двух связанных микрополосковых линий: Circuit Elements → Microstrip → Coupled Lines → MACLIN.

Характеристики схемы после оптимизации приведены на рис. 3.3. Вид топологии фильтра изображен на рис. 3.4.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ

Направленный ответвитель ответвляет мощность с выхода усилителя мощности в цепь обратной связи (ОС). Выбор его коэффициента ответвления обеспечивает выполнение баланса амплитуд (БА).

В качестве направленного ответвителя можно использовать любую из изображенных на рис. 4.1 схем, где а – схема на основе линий с распределенной связью; б – схема на основе линий с емкостной связью; в – схема на основе линий со шлейфной связью.

Схема на рис. 4.1, а не содержит навесных элементов, обладает небольшими габаритами, но требует высокой точности выполнения зазора между линиями.

Схема на рис. 4.1, б использует навесные конденсаторы, но может иметь минимальные габариты при использовании свернутых полосковых линий.

Схема на рис. 4.1, в имеет наибольшие габариты, но не требует высокой точности изготовления и использования навесных элементов.

Выбранная схема рассчитывается путем оптимизации ее параметров в соответствии со следующими критериями:

–коэффициент отражения на входе не более –20 дБ;

–коэффициент передачи в цепь ОС равен требуемому значению, которое вычисляется исходя из выполнения условия баланса амплитуд: коэффициент передачи в замкнутой петле обратной связи должен быть равен едини-

27

це KусKотвKфKл.з 1, где Kус, Kотв, Kф, Kл.з – коэффициенты передачи

усилителя, ответвителя, фильтра и линии задержки соответственно. Если эти коэффициенты выразить в децибелах, то равенство приобретает вид

Kус Kотв Kф Kл.з 0 дБ,

откуда

Kотв (Kус Kф Kл.з).

При этом следует взять запас на рассогласование в петле ОС 1…2 дБ. Пример. Определим требуемый коэффициент ответвления:

Kотв (12 0.5 0.1) 10.5дБ.

Пути к моделям элементов, расположенным в закладке Elements:

порт: Circuit Elements → Ports → PORT(либо кнопка на панели меню);

диэлектрическая подложка: Circuit Elements → Substrates → MSUB;

нагрузка: Circuit Elements → Lumped Element → Resistor → LOAD;

отрезок микрополосковой линии: Circuit Elements → Microstrip → Lines → MLIN;

отрезок микрополосковой линии, разомкнутой на конце: Circuit Elements → Microstrip → Lines → MLEF. При нулевой длине модель описывает неоднородность разомкнутого конца микрополосковой линии;

28

скачок ширины полоска со смещением для соединения двух микрополос-

ковых линий: Circuit Elements → Microstrip → Junctions → MSTEPX;

связанные микрополосковые линии: Circuit Elements → Microstrip → Coupled Lines → MACLIN;