Курсовая работа ШНО / Курсовая работа / курсовая
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра ТОР
КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Техническая электродинамика»
ТЕМА: «РАСЧЁТ ПОЛОСКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ»
Студент гр. 3102 |
Косинцев П. А. |
Преподаватель |
Грачёв С. В. |
Санкт-Петербург
2025
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент Косинцев П.А. Группа 3102
Тема курсовой работы: расчёт полосковых направленных ответвителей.
Задание на курсовую работу:
Тип направленного ответвителя – ШНО; S = 12 дБ;
F0 = 4 ГГц;
Z0 = 60 Ом;
Центральная частота = 4ГГц; Частотный диапазон от 2 до 6 ГГц.
Дата выдачи задания: 30.09.2025
Дата защиты отчета: __________
Студент |
Косинцев П.А. |
Преподаватель |
Грачёв С. В. |
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................ |
4 |
|
1. |
РАСЧЁТ ВОЛНОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ОТРЕЗКОВ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ, |
|
ВХОДЯЩИХ В НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ...................................................................... |
5 |
|
2. |
РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ И ДЛИНЫ |
|
ОТРЕЗКОВ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ......................................................................................................... |
7 |
|
3. |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ШЛЕЙФНОГО НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ И |
|
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ МОДУЛЕЙ И ФАЗ КОМПЛЕКСНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ S. |
||
..................................................................................................................................................................... |
|
10 |
4. |
ПОСТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА И ЭСКИЗА ТОПОЛОГИИ |
|
..................................................................................................................................................................... |
|
12 |
ВЫВОД...................................................................................................................................................... |
13 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................. |
14 |
|
3
ВВЕДЕНИЕ
Полосковые направленные ответвители представляют собой класс пассивных устройств СВЧ, эффективность применения которых в значительной степени определяет характеристики более сложных радиоэлектронных систем. В связи с этим углублённое изучение принципов действия, свойств и методов расчёта данных компонентов является важной частью подготовки инженеров в области электродинамики и СВЧ-техники.
Целью данной курсовой работы является проведение комплексного исследования полосковых направленных ответвителей. Для достижения поставленной цели предусматривается решение ряда задач, включающих: анализ различных типов ответвителей и их основных параметров; освоение методик инженерного расчёта; изучение нормативной базы, регламентирующей проектирование полосковых плат. Итогом работы станет обоснованный выбор оптимальной конструкции ответвителя по заданным требованиям и его полный расчёт с элементами конструкторского проектирования.
SUMMARY
Strip-linedirectionalcouplersareaclassofmicrowavepassivedeviceswhose performance critically influences the characteristics of more complex electronic systems. Therefore, a profound study of their operating principles, properties, and design methods is an essential part of training engineers in electrodynamics and microwave technology.
The aim of this course project is to conduct a comprehensive study of stripline directional couplers. To achieve this goal, a set of tasks is defined, including: the analysis of various coupler types and their key parameters; mastering engineering calculation techniques; and reviewing the standards governing the design of strip-line boards. The final outcome will be a justified selection of an optimalcouplerdesignbasedonspecifiedrequirementsanditscompletecalculation, accompanied by elements of engineering design.
4
1. РАСЧЁТ ВОЛНОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ОТРЕЗКОВ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ, ВХОДЯЩИХ В НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ
Найдём значение комплексного коэффициента S13 и волновых сопротивлений ρ1 и ρ2, по известным значениям переходного ослабления S = 12 дБ и волновыми сопротивлениями ρ0 = 60 Ом:
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
12 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
S 10lg |
|
|
|
|
|
|
|
S13 |
|
10 |
|
10 |
10 |
10 0,251 |
|||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
S13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
0,251 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
S2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
13 |
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Обозначим 0 2 x. Тогда выражение примет вид:
2
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S132 |
|
|
; 1 |
x S132 x;S132 x S132 x; |
|
|
|
|||||||||||
1 x |
|
|
|
|||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
S132 |
0,2512 |
|
0,0631 |
|
|||
S13 |
x 1 S13 ;x |
|
|
|
|
|
|
|
0,06735 |
|||||||||
1 S2 |
1 0,2512 |
0,9369 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
x |
|
0 |
|
|
0,06735 0,2595 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Отсюда мы можем получить значение волнового сопротивления Z2:
|
|
|
0 |
|
60 |
231,213 Ом |
|
2 |
x |
0,2595 |
|||||
|
|
|
|
Определим волновое сопротивление Z1 из следующего выражения:
5
|
|
0 |
2 |
1 |
|
|
0 |
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
2 |
|
|
0 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0,0674 1 1,0674 |
|||
1 |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
1,0332 |
|
|
0 |
|
|
60 |
58,072 Ом |
|||||||||
|
1,0674 |
||||||||||||||||||||||
|
|
1,0332 |
1,0332 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
0,968j |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1,0332 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S11 S14 |
0, |
|
так как в идеальном симметричном направленном ответвителе, |
||||||||||||||||||||
выполненном на четвертьволновых связанных линиях, при согласовании на всех портах:
S11 0 — потому что вход полностью согласован, отражения нет.
S14 0 — потому что в идеальном ответвителе мощность не передаётся в развязанный порт (из порта 1 в порт 4 при подаче сигнала в порт 1).
Это следует из свойств матрицы рассеяния симметричного направленного ответвителя.
6
2. РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ И ДЛИНЫ ОТРЕЗКОВ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
Выберем удобный материал для подложки из приведённой ниже таблицы 1.
Материал |
εr |
tgδ∙10-4 |
Частота, |
|
ГГц |
||||
|
|
|
||
Поликор |
9,8 |
1 |
10 |
|
ФАФ-4 |
2,6 |
10 |
1 |
|
ПТ-3 |
2,75 |
11 |
10 |
|
ПТ-5 |
5 |
11 |
10 |
|
ПТ-7 |
7 |
15 |
10 |
|
ПТ-10 |
10 |
20 |
10 |
|
ПТ-16 |
16 |
30 |
10 |
|
RT/Duroid 5880 |
2,2 |
9 |
10 |
|
ФЛАН-2.8 |
2,8 |
15 |
10 |
|
ФЛАН-3.8 |
3,8 |
12 |
10 |
|
ФЛАН-5 |
5 |
15 |
10 |
|
ФЛАН-7.2 |
7,2 |
15 |
10 |
|
ФЛАН-10 |
10 |
15 |
10 |
|
ФЛАН-16 |
16 |
15 |
10 |
|
СФ1-35 |
6 |
250 |
1 |
Таблица 1 — Основные характеристики диэлектриков.
В качестве материала диэлектрической подложки выбран RT/Duroid 5880 с относительной диэлектрической проницаемостью εr = 2,2 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg(δ) = 9∙10−4, а также диапазоном рабочих температур от -55 °C до +250°C.
Толщина подложки принята равной h = 2 мм. Материал проводников
— Серебро марки Ср 999,9 по ГОСТ 6836-72.
7
Данные параметры выбраны как технологичный компромисс: материал RT/Duroid 5880 со средней диэлектрической проницаемостью (εᵣ = 2,2) обеспечивает умеренные геометрические размеры платы, а его низкие потери (tg(δ) = 9∙10−4) гарантируют высокую добротность ответвителя. Толщина подложки 5 мм из стандартного ряда позволяет получить реализуемые при изготовлении ширину проводников изазоры, априменениесеребра в качестве проводника минимизирует омические потери в полосках.
Рис. 1. Расчёт значения толщины полоска (W) при волновом сопротивлении
ρ0 = 60 Ом.
8
Рис. 2. Расчёт значений толщины полоска (W) и длины (L) при волновом сопротивлении ρ1 = 58,072 Ом.
Рис. 3. Расчёт значения толщины полоска (W) и длины (L) при волновом сопротивлении ρ2 = 231,213 Ом.
9
3. КОНСТРУИРОВАНИЕ ШЛЕЙФНОГО НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ МОДУЛЕЙ И ФАЗ КОМПЛЕКСНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ S.
Рис. 4. Общий вид схемы шлейфного направленного ответвителя.
Рис. 5. Графики зависимости модулей комплексных коэффициентов S11, S12,
S13 и S14 от частоты.
10