Полосковые линии передачи. Устройства СВЧ на основе полосковых линий передачи. Практикум

Рисунок 3.11 – Поперечное сечение направленного ответвителя с дополнительным слоем диэлектрика

2. связанные несимметричные полосковые линии передачи покрывают сверху дополнительным слоем диэлектрика, поверх которого располагают проводник со свободным потенциалом, совпадающий по длине с длиной связи. Данный проводник повышает степень концентрации энергии нечётной волны в дополнительном слое диэлектрика. Поперечное сечение направленного ответвителя в данном случае приведено на рисунке 3.12;

Рисунок 3.12 – Поперечное сечение направленного ответвителя с дополнительным слоем диэлектрика и проводником со свободным потенциалом

3. в качестве подложки связанных линии передачи используют подложки с неоднородным заполнением: подложка состоит из двух слоев диэлектрика отличающихся относительной диэлектрической проницаемостью. При 2< 1 дополнительный слой диэлектрика снижает эффективную относительную диэлектрическую проницаемость чётной волны эффe по сравнению с нечётной эффo. Поперечное сечение направленного ответвителя в данном случае приведено на рисунке 3.13;

Рисунок 3.13 – Поперечное сечение направленного ответвителя на подложке с неоднородным заполнением

4. применяют периодический профиль области связи – пилообразный или ступенчатый. В таком случае увеличивается длина пути нечётной волны по сравнению с чётной, так как токи нечётной волны вытесняются к внутренним краям проводников в области связи, а токи чётной волны к внешним.

52

Топологии направленных ответвителей в данном случае приведены на рисунке

3.14 и рисунке 3.15.

Рисунок 3.14 – Топология направленного ответвителя с пилообразным профилем области связи

Рисунок 3.15 – Топология направленного ответвителя со ступенчатым профилем области связи

Для получения сильносвязанных направленных ответвителей наиболее целесообразным является применение связанных полосковых линий передачи с лицевой связью. При использовании связанных полосковых линий передачи с

53

боковой связью для создания данных направленных ответвителей возникают значительные технологические трудности, в частности величина зазора между связанными линиями стремится к нулю и становится практически физически нереализуемой. Однако, связанные несимметричные полосковые линии передачи являются наиболее простыми в технологическом отношении. Поэтому было найдено несколько конструктивных решений, позволяющих реализовывать сильносвязанные направленные ответвители на основе связанных несимметричных полосковых линий передачи с боковой связью.

Первым из этих решений является тандемный направленный ответвитель, представляющий собой соединение двух одинаковых направленных ответвителей, его топология приведена на рисунке 3.16.

Распространение электромагнитных волн в данном направленном ответвителе приведено на рисунке 3.17. Из рисунка 3.17 следует, что электромагнитная энергия переходит из первичной линии во вторичную дважды, что при обеспечении синфазного сложения волн в четвёртом плече, приводит к увеличению мощности в нём, а, следовательно, и к снижению переходного ослабления. Также при помощи данного рисунка можно определить, что, первое, третье и четвёртое плечи являются связанными, а первое и второе плечи – развязанными.

Рисунок 3.16 – Топология тандемного направленного ответвителя

54

Рисунок 3.17 – Распространение электромагнитных волн в тандемном направленном ответвителе

Данная конструкция позволяет не только увеличить зазор между связанными полосковыми линиями передачи с боковой связью, но и снизить требования к допускам на геометрические размеры.

Другим решением являются многосвязные (встречно – штыревые) структуры, получившие название направленные ответвители Ланге. Топологии данных устройств приведены на рисунке 3.18. В многосвязных направленных ответвителях проводники первичной линии окружены проводниками вторичной линии с двух сторон, что способствует переходу во вторичную линию большей части энергии электромагнитной волны, при неизменной длине участка связи равной /4.

Для многосвязного направленного ответвителя, топология которого приведена на рисунке 3.18а первое, третье и четвёртое плечи являются связанными, а первое и второе плечи – развязанными. Для многосвязного направленного ответвителя, топология которого приведена на рисунке 3.18б первое, второе и третье плечи являются связанными, а первое и четвёртое плечи – развязанными.

Недостатками тандемного и многосвязных направленных ответвителей является наличие проволочных перемычек, которые припаиваются к линиям передачи. Для уменьшения паразитных индуктивностей данных перемычек, они выполняются из нескольких параллельных проволочек.

55

а

б

Рисунок 3.18 – Топологии многосвязных направленных ответвителей

3.5 Практическое задание №2. Расчёт параметров направленного ответвителя

3.5.1 Цель работы

Рассчитать параметры направленного ответвителя.

3.5.2 Подготовка к работе

3.5.2.1 Изучить по рекомендуемой литературе следующие вопросы

курса:

–Классификация направленных ответвителей.

–Основные параметры направленных ответвителей.

56

3.5.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

1.Что такое направленный ответвитель?

2.Что такое гибридное соединение?

3.Что такое мостовое устройство?

4.Приведите классификацию направленных ответвителей по взаимному расположению входного, связанных с ним и развязанного плеч.

5.Приведите классификацию направленных ответвителей по фазовым соотношениям сигналов в его плечах.

6.Приведите классификацию направленных ответвителей по величине переходного ослабления.

7.Приведите и поясните основные параметры направленных ответвителей.

3.2.3Рекомендуемая литература

1.Фальковский О. И. Техническая электродинамика. Учебник. 2-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 432 с.

2. Пименов Ю. В, Вольман В. И, Муравцов А. Д. Техническая электродинамика. Учебное пособие для вузов. Под ред. Пименова Ю. В. – М.: Радио и связь, 2000. – 536 с.

3. Твёрдотельные устройства СВЧ в технике связи. / Гассанов Л. Г., Липатов А. А., Марков В. В., Могильченко Н. А. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с.

4. Микроэлектронные устройства СВЧ. Учебное пособие для вузов / Веселов Г. И., Егоров Е. Н., Алёхин Ю. Н., и др. Под ред. Веселова Г. И. – М.: Высшая школа, 1988. – 280 с.

5. Малорацкий Л. Г., Явич Л. Р. Проектирование и расчёт СВЧ элементов на полосковых линиях. – М.: Советское радио. 1972. – 232 с.

3.5.3 Задание

3.5.3.1 Для заданных значений мощности в плечах направленного ответвителя P1, P2, P3, P4 определить:

–плечи, связанные с первым плечом;

–плечо, развязанное с первым плечом;

–тип направленного ответвителя по взаимному расположению плеч: сонаправленный или противонаправленный;

–основные параметры:

–рабочее затухание;

–переходное ослабление;

–развязку;

–направленность;

–неравномерность деления;

–коэффициент деления по напряжению;

–коэффициент деления по мощности.

57

Исходные данные приведены в таблице 3.3, результаты расчёта занести в таблицу 3.4.

Таблица 3.3 – Варианты исходных данных для практического задания №2

3.5.3.2 По рассчитанному значению переходного затухания определить, к какому типу относится направленный ответвитель: слабосвязанный или сильносвязанный.

Таблица 3.4 – Результаты расчёта параметров направленного ответвителя

Параметр Результат расчёта

плечи, связанные с первым плечом

плечо, развязанное с первым плечом

тип направленного ответвителя по взаимному расположению плеч

рабочее затухание, дБ

переходное ослабление, дБ

развязка, дБ

направленность, дБ

неравномерность деления, дБ

коэффициент деления по напряжению

коэффициент деления по мощности

тип направленного ответвителя по величине переходного затухания

58

3.6 Практическое задание №3. Расчёт кольцевого направленного ответвителя

3.6.1 Цель работы

Рассчитать кольцевой направленный ответвитель и составить его топологию.

3.6.2 Подготовка к работе

3.6.2.1 Изучить по рекомендуемой литературе следующие вопросы

курса:

–Классификация направленных ответвителей.

–Основные параметры направленных ответвителей.

–Конструкция и принцип действия кольцевого направленного ответвителя.

–Достоинства и недостатки кольцевого направленного ответвителя.

–Области применения направленных ответвителей.

3.6.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

1.Что такое направленный ответвитель?

2.Что такое гибридное соединение?

3.Что такое мостовое устройство?

4.Приведите классификацию направленных ответвителей по взаимному расположению входного, связанных с ним и развязанного плеч.

5.Приведите классификацию направленных ответвителей по фазовым соотношениям сигналов в его плечах.

6.Приведите классификацию направленных ответвителей по величине переходного ослабления.

7.Приведите и поясните основные параметры направленных ответвителей.

8.Приведите конструкцию и поясните принцип действия кольцевого направленного ответвителя.

9.Перечислите достоинства и недостатки кольцевого направленного ответвителя.

10.Перечислите области применения направленных ответвителей.

3.6.2.3 Рекомендуемая литература 1. Фальковский О. И. Техническая электродинамика. Учебник. 2-е изд., стер. –

СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 432 с.

2. Пименов Ю. В, Вольман В. И, Муравцов А. Д. Техническая электродинамика. Учебное пособие для вузов. Под ред. Пименова Ю. В. – М.: Радио и связь, 2000. – 536 с.

59

3. Твёрдотельные устройства СВЧ в технике связи. / Гассанов Л. Г., Липатов А. А., Марков В. В., Могильченко Н. А. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с.

4. Микроэлектронные устройства СВЧ. Учебное пособие для вузов / Веселов Г. И., Егоров Е. Н., Алёхин Ю. Н., и др. Под ред. Веселова Г. И. – М.: Высшая школа, 1988. – 280 с.

5. Малорацкий Л. Г., Явич Л. Р. Проектирование и расчёт СВЧ элементов на полосковых линиях. – М.: Советское радио. 1972. – 232 с.

3.6.3 Задание

3.6.3.1 Для заданных волнового сопротивления подводящих линии передачи Zв, рабочего затухания C12, переходного ослабления C13, рабочей частоты f, материала подложки для несимметричной полосковой линии передачи определить волновые сопротивления Z1, Z2 и длины отрезков линий передачи образующих кольцевой направленный ответвитель.

Исходные данные приведены в таблице 3.5, результаты расчёта занести в таблицу 3.6.

Таблица 3.5 – Варианты исходных данных для практического задания №3

60