2. Порядок выполнения работы

1. Выберем в качестве нагрузки RLC-цепь, резонансная частота которой лежит в области 1 ГГц. По указанию преподавателя бригада студентов получает одну из реализаций такой схемы, которую нужно согласовать на частоте(по указанию преподавателя).

Далее открывается программа MicrowaveOfficeи в менюFileвыбираемNewProject. Выбираем в менюProject/AddSchematics/NewSchematics. В появившемся окне вводим название схемы –match, после чего появляется окно, в котором необходимо построить схемуRLCцепи. В качестве примера рассмотрим схему цепи (рис. 8.1). Схема строится из элементов, находящихся в закладкеElements, доступной в левой нижней части экрана. Все необходимые элементы находятся в категорииLumpedElements(сосредоточенные элементы), щелкнув по которой открываем их список. Из списка Inductor выбираем элементы IND, Capacitor – CAP, Resistor – RES. Элементы соединяются с помощью мыши и курсора в виде пружинки. После того как схема собрана, к ней подсоединяется порт, находящийся в категорииPort(или виде значка в разделе элементов, наверху справа). Щелкнув по значку порт, выбираемPORT. Так же необходимо присоединить значок «земли» –Ground(находится рядом со значком порта).

2. Далее необходимо измерить вещественную и мнимую части проводимости порта в диапазоне от 0,8 ГГц до 1,2 ГГц. Для этого в меню Options/ProjectOptionsв открывшемся окне на закладкеFrequenciesустанавливаемStart= 0,8,Stop= 1,2,Step= 0,01, нажимаем на кнопкиAdd,Apply,OK. Далее в менюProject/AddGraphзаказываем первый графикGraph1, затем там же:AddMeasurementsи в открывшемся окне указываемLinear/PortParameter, затем выделяемY, в окошках справа устанавливаем (сверху вниз)match, 1, 1,Useforx-axes, ставим точку в кружкеRealи нажимаем кнопку ОК. Далее нажимаем на кнопку (в верхнем ряду) с желтой молнией и получаем график вещественной части проводимости. Затем снова вызываемAddMeasurementsи ставим точку в кружкеImag, нажимаем кнопку ОК, затем кнопку с желтой молнией. Нажатием на правую кнопку мыши вызываем маркер (Addmarker), с помощью которого можно точно измерить проводимости на заданной частоте, щелкая по кривым проводимостей. По указанию преподавателя выбираем частоту 1.0 ГГц, на которой вещественная часть проводимости равна 0.04592 Сим, а мнимая часть – 0.05402. Вид графика показан на рис. 8.2.

Рис. 8.2

3. Для использования «бумажной» ДВС необходимо нормировать эти проводимости. Так как далее будут использоваться для согласования отрезки ЛП с волновым сопротивлением 50 Ом, нормирование сводится к делению полученных проводимостей на значение . Исходная точка проводимости. Она располагается в нижней правой половине ДВС. Проведем из центра диаграммы через эту точку прямую до пересечения с внешней окружностью. Затем проведем по направлению движения часовой стрелки дугу (радиусом равным расстоянию от центра ДВС до этой точки) до пересечения с окружностью. Проведем через точку пересечения из центра прямую до внешней окружности. Длина дуги, образованной между двумя точками пересечения (в долях длины волны или в градусах) определяет длину отрезка линии, который необходимо включить между нагрузкой и точкой согласования (в данном случае она равна 35°).

4. Теперь включим трансформирующий отрезок линии в данную схему. Для этого щелкнем левой клавишей мыши по проводу, соединяющему порт с RLCсхемой (на проводе появится квадратик), а затем нажмем на клавишу клавиатурыDelete. На место исчезнувшего провода вставим отрезок линии, взятый изElements/TransmitionLines/Coaxial/Electrical. Возьмем линиюCOAX2 (внешний проводник линии заземлен) и присоединим ее между портом и схемой. Далее щелкнем по линии и в открывшемся окне введем угол (в данном случае 35°) и частоту 1000MHz. Волновое сопротивление линии должно равняться волновому сопротивлению порта – 50 Ом. Теперь необходимо проверить величину проводимости на входе линииCX1. Щелкнем по желтой молнии и на том же графике получаем кривые проводимостей при наличии трансформирующей линии, приведенные на рис. 8.3.

На частоте 1000 МГц вещественная часть проводимости равна 0.02024 Сим, т. е. практически равна волновой.

5. Далее необходимо оценить реактивную проводимость в точке согласования. В данном случае она будет отрицательной и ее абсолютное значение около 0.04 Сим (нормированное значение2). Так как эта проводимость отрицательна, то она носит индуктивный характер и ее надо компенсировать емкостной реактивностью такого же абсолютного значения. Емкостной реактивностью обладает отрезок ЛП длиной менее четверти длины волны, разомкнутый на конце (нагрузка отрезка – нулевая проводимость). Длину этого отрезка можно определить, перемещаясь из точки нулевой проводимости ДВС (верхняя точка диаграммы) по часовой стрелке до точки, где реактивная проводимость равна 2. Длина этой дуги определит длину компенсирующей линии (в данном случае она равна 63.5°). Затем берем такую же линиюCOAX2 и один ее конец присоединяем к проводнику между портом и первой линией (второй конец линии остается свободным), устанавливаем угол для этой линии и частоту 1000MHzв ее окне. Схема с установленными линиями показана на рис. 8.4.

6. Теперь необходимо проверить наличие согласования на частоте 1000 МГц. Для этого опять щелкнем по желтой молнии и в результате получаем график рис. 8.5.

На частоте 1 ГГц вещественная часть проводимости не изменилась, а мнимая практически равна нулю. Для оценки полосы согласования создадим график Graph2 и закажем измерение модуля коэффициента отражения. Для этого в окнеMeasurementsвместоYвыберемS,MagиdB, нажмем ОК и получим график рис. 8.6.

Рис. 8.5

С помощью маркеров определим полосу пропускания на уровне 20 дБ (при этом на краях полосы отражается одна сотая часть падающей мощности, а в точке 1000MHzотражается только около одной десятитысячной ее доли).

Рис. 8.6