МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ТОР

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Техническая электродинамика»

Тема: Расчет полосковых направленных ответвителей.

Вариант 2.

Студент гр. 0182		Бронников Д.Д.
Преподаватель		Грачев С.В.

Санкт-Петербург

2022

Содержание

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 3

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НО 4

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ 7

4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ С БОКОВОЙ СВЯЗЬЮ 11

5.ПОСТРОЕНИЕСХЕМНОЙ МОДЕЛИ НОСЛ В ПАКЕТЕ MWO 14

6. ТОПОЛОГИЯ НОСЛ 16

7. ВЫВОДЫ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Цель работы:

Цель работы заключается в более глубокой проработке темы «Полосковые направленные ответвители», изучаемой в курсе «Техническая электродинамика». При этом студенты знакомятся с наиболее широко применяемыми типами направленных ответвителей, их свойствами и методами расчета, с существующими стандартами на платы для полосковых линий передачи, учатся самостоятельно выбирать тип направленного ответвителя по заданным характеристикам и производить детальный расчет полоскового направленного ответвителя с соответствующей конструкторской проработкой.

Исходные данные:

№	ФИО	Тип НО	S, дБ	F0, ГГц	Z0, Ом
2	Бронников Д. Д.	ШНО	9	2	50

Для ШНО и ОСЛ рассчитываются S11, S12, S13, S14.

Частотный диапазон от 0,5F₀ до 1,5F₀ (1 ГГц – 3 ГГц)

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НО

Шлейфный НО представляет собой два отрезка линий передачи (рис. 1.2.1) одинаковой длины l с одинаковыми волновыми сопротивлениями ρ₁ между концами которых включены параллельно два шлейфа такой же длины l, но с другими волновыми сопротивлениями ρ₂. К местам стыка этих линий подводятся линии передачи с волновыми сопротивлениями ρ₀ для связи с другими устройствами.

Шлейфный НО имеет две плоскости симметрии. Поэтому в матрице [S] определению подлежат только 4 комплексных коэффициента: S₁₁, S₁₂, S₁₃, S₁₄. Сама матрица [S] имеет вид:

(1.2.1)

При вычислений коэффициентов [S] для всех типов ответвителей будем предполагать, что плоскости, от которых отсчитываются фазы рассеяных волн, располагаются в месте стыка НО с внешними линиями.

Рассматривая синфазно-противофазные режимы питания со стороны всех каналов связи, можно получить следующие формулы для расчета всех матричных коэффициентов:

; (1.2.2)

; (1.2.3)

; (1.2.4)

; (1.2.5)

где

; (1.2.6)

; (1.2.7)

; (1.2.8)

; (1.2.9)

– постоянная распространения в линиях.

Из соотношений (1.2.2) – (1.2.9) следует, что все коэффициенты матрицы (1.2.1) как функции параметра kl носят периодический характер с периодом, равным 2π . Оказывается, что условие S₁₁=S₁₄=0 удовлетворяется только тогда, когда одновременно выполняются следующие условия:

ctgkl = 0 ; (1.2.10)

; (1.2.11)

При выполнении условий (1.2.10) и (1.2.11)

; (1.2.12)

. (1.2.13)

Из условия (1.2.10) следует, что идеальная направленность (S₁₄=0) и идеальное согласование (S₁₁=0) могут быть достигнуты только на тех частотах, на которых длина линий кратна нечетному числу четвертей длин волн. Наибольшая широкополосность НО достигается, когда длина l равна четверти длины волны.

Несмотря на то, что на всех других частотах S₁₁≠0 и S₁₄≠0 модули этих величин в определенном диапазоне частот могут иметь приемлемую для практики малую величину. На рис. 1.2.2 в качестве примера приведены графики зависимостей |S₁₁|, |S₁₂|, |S₁₃| и |S₁₄| от параметра kl 3 дБ шлейфного НО.

Электрический расчет шлейфного НО сводится к определению электрической длины l, всех отрезков линий и их волновых сопротивлений ρ₁ и ρ₂.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Определение волновых сопротивлений и электрических длин отрезков линий, образующих направленный ответвитель

1) Переведем переходное ослабление из дБ в разы:

2) Определим длины отрезков линии

3) Определим волновое сопротивление второй линии:

4) Определим волновое сопротивление первой линии

Произведем расчет зависимостей модулей и фаз коэффициентов матрицы рассеяния для идеализированной модели НО:

Рисунок 3.1. Модуль коэффициентов S₁₂ и S₁₃

Рисунок 3.2. Модуль коэффициента S₁₂

Рисунок 3.3. Модуль коэффициента S₁₃

Рисунок 3.4. Фаза коэффициентов S₁₂ и S₁₃

4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ С БОКОВОЙ СВЯЗЬЮ

Зададим тип направленного ответвителя на связанных линиях– исследуем направленный ответвитель на связанных линиях с боковой связью.

Рисунок 4.1. Направленный ответвитель на связанных линиях

Конструктивный расчёт НО с боковой связью сводится к определению длины области связи, ширины w полосковых проводников и зазора s между ними по заданным волновым сопротивлениям ⁺ и ^-.

Выберем ФАФ-4 с и B=2 мм.

Перейдем теперь к вычислению величин s и w:

= 0.096, откуда s = 0.192 мм,

= 1.076, откуда w = 2.152 мм

Рисунок 4.2. Проверка ширины w полосковых проводников и зазора s между ними при синфазном режиме работы

В окне Impedance появляется значение 42.5031, что меньше расчетного значения. Далее, уменьшая значение w и немного увеличивая s, добиваемся расчетных значений с точностью не хуже 1%.

Рисунок 4.3. Проверка ширины w полосковых проводников и зазора s между ними при синфазном режиме работы

Рисунок 4.4. Расчет ширины w полосковых проводников и зазора s между ними при противофазном режиме работы

Окончательно, при ширине полосков w = 1,23 мм и расстоянии между ними s = 0,23 мм мы получили примерно те же значения .

Рисунок 4.5. Расчет поперечных размеров проводящих линий

5.ПОСТРОЕНИЕСХЕМНОЙ МОДЕЛИ НОСЛ В ПАКЕТЕ MWO

Рисунок 5.1. Схема НОСЛ в пакете MWO

Частотная зависимость модулей коэффициентов матрицы рассеяния:

Рисунок 5.2. Графики модулей параметров в дБ

Частотная зависимость фаз коэффициентов матрицы рассеяния:

Рисунок 5.3. Графики фаз параметров

6. ТОПОЛОГИЯ НОСЛ

w=1.375 мм

l=23.3 мм

w=1.23 мм

s=0.23 мм

Рисунок 6.1. Графики модулей параметров в дБ

Рисунок 6.2. Графики фаз параметров

7. ВЫВОДЫ

В ходе работы над курсовым проектом было произведено ознакомление с наиболее широко применяемыми типами направленных ответвителей, их свойствами и методами расчета. В курсовой работе был произведен расчет направленного ответвителя на связанных линиях – теоретически, по приближенным формулам и с помощью программной среды MicrowaveOffice (и утилиты TXLine). Курсовой проект содержит также пример построенной модели направленного ответвителя на связанных линиях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриев Ю.С. Методические указания по курсовой работе на тему: «Расчет полосковых направленных ответвителей», ЛЭТИ, 1982 г.

2. Пименов Ю.В. «Техническая электродинамика» - М.: Радио и связь, 2000 г.

3. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. «Проектирование СВЧ-устройств с помощью MicrowaveOffice»