9201_Рауан_ЛР4

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

отчет

По лабораторной работе №4

по дисциплине «основы проектирования электронной компонентной базы»

Студент гр. 9201		Рауан М.
Преподаватель		Шевченко С.А.

Санкт-Петербург

2022

1. Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах, используя

линейное моделирование

С помощью среды AWR построим схему ФНЧ:

Рисунок 1. Исследуемая схема ФНЧ

Далее проанализируем схему для построения графика S параметров:

Рисунок 2. График S параметров (S11 и S21).

Анализ: При рассмотрении зависимости параметра S₁₁ от частоты можно заметить, что на частотах 600 МГц до 1000 МГц сигнала из порта 1 полностью отражается. Это можно объяснить высоким сопротивлением катушки индуктивности.

По полученным зависимостям на рисунке 2 видно, что наш сигнал, проходящий из одного порта в другой при достижении определённой частоты, подвергается ослаблению. В диапазоне частот от 100 МГц до 550-560 МГц сигнал из одного порта в другой проходит без ослабления, в дальнейшем же диапазоне от 560 МГц до 1000 МГц ослаблению достигает значений в -50 дБ, что является ослаблением сигнала примерно по 10000 раз.

Параметры схемы можно изменять с помощью инструмента TuneTool. Результат настройки схемы представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Результат настройки схемы

Анализ: было рассмотрено влияние величин емкостей конденсаторов и индуктивностей на ход характеристики. График после изменения параметров представлен на рисунке 3. Были увеличены значения емкостей конденсаторов C₁ и С₃, а также уменьшены значения индуктивностей L₁ и L₄, что повлекло за собой увеличение количества максимумов на полосе пропускания отражённого сигнала.

Фильтры – это типично симметричные схемы. Т.е. в процессе оптимизации параметры симметричных элементов должны изменяться на одинаковую величину. Поэтому оптимизируемый параметр каждой пары тех симметричных элементов, которые должны быть включены в процесс оптимизации, нужно заменить одним общим переменным параметром. Для этого сначала необходимо создать такой переменный параметр для каждой пары оптимизируемых симметричных элементов и затем заменить созданным параметром соответствующие параметры у обоих симметричных элементов. Для среднего элемента, если он в схеме один (в данном случае конденсатор C2) это делать не обязательно.

Рисунок 4 – Переменные параметры для оптимизации

Также нужно добавить цели оптимизации:

Рисунок 5. Цели оптимизации

После оптимизации получаем новый график S параметров:

Рисунок 6. S параметры после оптимизации

Рисунок 7. Схема после оптимизации

Анализ: были оптимизированы параметры ФНЧ. Это было проведено с целью улучшения полосы пропускания и полосы заграждения. Полоса пропускания была улучшена с 100 МГц до 500 МГц, а полоса заграждения с 700 МГц до 1000 МГц.

2. Моделирование микрополоскового заграждающего фильтра

Рисунок 8. Заграждающий фильтр

Построим передаточную характеристику микрополоскового заграждающего фильтра:

Рисунок 9. Анализ S параметра схемы (S21)

Оптимизируем схему, добавив цели оптимизации:

Рисунок 10. Результат оптимизации: новый график S параметра

Рисунок 11. Новые параметры схемы после оптимизации

Рисунок 12. Топология схемы

Вывод:

В ходе выполнения работы была построена схема микрополоскового заграждающего фильтра, это устройство, которое не пропускает колебания на определённых частотах.

Был рассмотрен и оптимизирован заграждающий фильтр. На рисунке 9 можно заметить, что данный фильтра имеет полосу заграждения с 7.5 ГГц до 8.5 ГГц, в остальном же диапазоне частот он пропускает сигнал. Ослабление на полосе заграждения может достигать величины в -90 дБ.

Была проведена оптимизация, в ходе которой были немного уменьшены потери в полосе пропускания, это можно заметить, если сравнить рисунки 10 и 11.

3. Моделирование балансного смесителя на диодах

Рисунок 13. Ответвитель Ланге.

Рисунок 14. S параметры ответвителя.

Построим передаточную характеристику с новыми параметрами:

Рисунок 15. Настройка переменных W,S,L для изменения графика S параметров

Создание эквивалентной схемы диода.

Рисунок 16. Эквивалентная схема диода

Создание схемы фильтра нижних частот:

Рисунок 17. Схема фильтра нижних частот

Создание графика и анализ фильтра нижних частот:

Рисунок 18. S параметры схемы ФНЧ

Создадим схему смесителя:

Рисунок 19. Схема смесителя

Рисунок 20. График потерь преобразования смесителя

Рисунок 21. График изменения выходного напряжения промежуточной частоты во времени

Рисунок 22. Спектральный анализ

Вывод:

При выполнении данной лабораторной работы был исследован ответвитель Ланге. Он позволил частично устранить следующие проблемы:

1. на практике трудно создать связанные микрополосковые линии с коэффициентом связи S* лучше –3 дБ из-за весьма узких зазоров между проводниками, так как при изготовлении связанных линий с малыми зазорами резко падает процент выхода годных;

2. фазовые скорости четной и нечетной мод в таких линиях различны, и в обычном ответвителе на связанных линиях отсутствует механизм для выравнивания скоростей, кроме того, указанное различие фазовых скоростей приводит к сужению полосы пропускания ответвителя, поэтому на практике длину области связи часто рассчитывают исходя из фазовой скорости нечетной моды (при этом удается получить более сильную связь).

Данный ответвитель довольно удобен, так как меняя размеры ответвителя можно управлять передаточной характеристикой. Это можно заметить на рисунке 17, где затухания при передаче сигнала между портами составляют от -3 дБ до -5 дБ на всём диапазоне рассматриваемых частот.

Также был рассмотрен фильтр нижних частот. ФНЧ – это фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частот (частоты среза), и уменьшающий (или подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Передаточная характеристика представлена на рисунке 18.

Помимо предыдущих пунктов была построена схема смесителя, представленная на рисунке 19. Также была построена и изучена схема смесителя. Смеситель представляет собой электрическую цепь, создающую спектр комбинационных частот при подаче на неё двух или более сигналов разной частоты, поэтому на выходе из смесителя мы можем наблюдать ансамбль сигналов. Этот ансамбль сигналов включает в себя исходный сигнал, сигнал на удвоенных частотах, сигнал на разностной частоте, сигнал на суммарной частоте и т.д.