Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование умножителей частоты на диодах. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
Г.Н. ДЕВЯТКОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УМНОЖИТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
НА ДИОДАХ
Учебно-методическое пособие
НОВОСИБИРСК
2019
УДК 621.374.4:621.375.4(075.8)
Д 259
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор А.П. Горбачев
канд. техн. наук, доцент Б.И. Иванов
Работа выполнена на кафедре конструирования и технологии
радиоэлектронных средств для магистрантов РЭФ
Девятков Г.Н.
Д 259 Проектирование умножителей частоты на диодах: учебно-
методическое пособие / Г.Н. Девятков. – Новосибирск: Изд-во
НГТУ, 2019. – 72
с.
ISBN 978-5-7782-3845-9
Изложены методы автоматизированного проектирования умножителей частоты на диодах с накоплением заряда, работающих в полосе
частот, в сосредоточенном и распределенном (сосредоточеннораспределенном) геометрическом элементном базисе. Рассмотрены
примеры проектирования топологии умножителя частоты на диоде с
накоплением заряда.
Предназначено для закрепления знаний по соответствующим дисциплинам и получения практических навыков проектирования микроволновых
профессиональных программных продуктов для студентов радиотехнических специальностей.
функциональных узлов с использованием современных
УДК 621.374.4:621.375.4(075.8)
ISBN 978-5-7782-3845-9 © Девятков Г.Н., 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
f
f
МИКРОВОЛНОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ
В ГИБРИДНО-ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
Задание. Спроектировать и промоделировать топологию удвоителя
частоты на диодах с накоплением заряда в геометрическом (сосредоточенно-геометрическом) элементном базисе.
Топология – это вид физического представления схемы, в которой
каждый компонент схемы имеет свои геометрические размеры.
Исходные данные. Необходимые для решения задачи исходные
данные выбираются по табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для вариантов практического занятия
Наименова-
ние исход-
ных данных
, ГГц
0
w
P , Вт
вх
K
стU
L , дБ –15 –17 –20 –16 –18 –19 –18 –16 –17
R , нR , Ом
Г
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1.2 1.4 1.5 1.7 1.3 1.6 1.8 1.9
0.13 0.1 0.12 0.11 0.1 0.13 0.1 0.12 0.11
1.5 1.6 1.76 2 1.8 2.2 2.4 2.3 2.5
1.6 1.6 1.7 1.6 1.6 1.7 1.8 1.8 1.8
50 50 50 50 50 50 50 50 50
Номер варианта
В таблице приняты следующие обозначения:
– центральная частота рабочей полосы пропускания;
0
w – относительная полоса пропускания;
P – входная мощность;
вх
3
K
R
R
– коэффициент стоячей волны напряжения на входных за-
стU
жимах умножителя частоты;
L – коэффициент подавления ненужных гармонических составля-
ющих;
,
Г
– внутреннее сопротивление генератора и сопротивление
н
нагрузки.
Методические указания. Прежде чем приступить к выполнению
задания, изучите: по источникам [6, с. 5–26; 30–36; 38–43] – проектирование широкополосных преобразователей частоты; [1, с. 16–23, 58–
77] – неорганические диэлектрики, проводниковые материалы, несимметричная полосковая линия; [2, с. 109–133, 243–246] – конструирование полосковых плат; [3] – проектирование микросборок СВЧ диапазона; [4] – назначение, возможности, создание схем и графиков,
настройка
и оптимизация схем в Microwave Office.
Проектирование умножителя частоты СВЧ в гибридно-интегральном исполнении включает в себя следующие этапы:
– синтез и моделирование умножителя частоты в сосредоточенном
электрическом элементном базисе;
– синтез и моделирование умножителя частоты в сосредоточеннораспределенном электрическом элементном базисе;
– проектирование умножителя частоты в сосредоточенно-распределенном геометрическом элементном базисе.
Выполненная работа должна содержать следующие разделы: исходные данные, синтез и моделирование умножителя частоты в сосредоточенном электрическом элементном базисе; переход в сосредоточенно-распределенный электрический и геометрический элементный
базис; моделирование; разработка и моделирование топологии умножителя частоты; заключение; список использованных литературных
источников; приложение (чертеж топологии и таблица координат).
1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
Инверторы сопротивлений и проводимостей
Использование при синтезе различных устройств инверторов сопротивлений (проводимостей) позволяет в целом ряде случаев существенно улучшить получаемые технические решения. Это особенно
4
важно в микроволновом диапазоне, где проблема схемной реализуемо-
сти является определяющей.
Под идеальным инвертором понимается четырехполюсник
ABCD,
матрица которого имеет вид [9]
00jK
AB
A ,
CD
j
K
где K – параметр инвертора.
Важным свойством инвертора является то, что сопротивления на
одной паре зажимов равны его обратной величине на второй паре за-
2
жимов, умноженной на
K (рис. 1).
а б
Рис. 1. Инвертирование и трансформация сопротивления инвертором
Это утверждение следует из того, что результирующие матрицы
A
и ,
A полученные для схем, изображенных на рис. 1, а и б, одина-
ковы:
jz
A ,
0
A .
j
K
j
01
K
jK
0
Kz
10
1
2
/
0
1
z
jK
K
0
j
K
jz
K
1
K
jK
0
jK
j
0
Вследствие преобразования, осуществляемого инвертором, если
сопротивление zjL
представляет собой последовательную индук-
5
тивность (рис. 1, а), то после преобразования оно будет выглядеть как
параллельная емкость
. Это позволяет преобразо-
2
/yjLK jC
вывать схемы к виду, удобному для практической реализации, например в планарном исполнении.
Аналогичный результат справедлив и для идеальных инверторов
полной проводимости.
В практических применениях используются инверторы как сопротивления с параметром K, так и проводимости с параметром J.
Идеальные инверторы сопротивления и проводимости нельзя реализовать
только на пассивных элементах. Приближенные практические реализации инверторов сопротивлений и проводимостей на сосредоточенных элементах при относительной ширине полосы рабочих
частот до 15 % представлены на рис. 2 [5, 9].
а б в г
Рис. 2. Инверторы сопротивлений и проводимостей на сосредоточенных
элементах
Схемы инверторов (рис. 2) используются в цепях, где отрицатель-
ные элементы L и
C могут быть поглощены примыкающими к ним
положительными элементами того же типа так, чтобы в окончательном виде схема содержала только положительные элементы. Следует
отметить, что инверторные схемы зависят от частоты. Это является
причиной того, что при их использовании ограничиваются узкой полосой.
В качестве примера проведем преобразование полосового фильтра
с
относительной полосой пропускания 0.12w (рис. 3), содержащего
параллельный и последовательный контур к схеме, имеющей только
параллельные контуры.
6
Рис. 3. Полосовой фильтр
В этом случае необходимо использовать инвертор проводимости,
так как отрицательные элементы должны быть поглощены примыкающими к ним положительными элементами. Параметр инвертора выбираем равным 1.17, чтобы нормированное сопротивление нагрузки
было равно 1. Инвертор проводимости вводим со стороны нагрузки.
В результате получаем схему, изображенную на рис. 4.
Рис. 4. Полосовой фильтр с введенным идеальным инвертором
проводимости
Для реализации идеального инвертора применяем схему, изображенную на рис. 2, г, в результате получаем схему, представленную на
рис. 5.
Рис. 5. Полосовой фильтр с инвертором проводимости
на индуктивных элементах
7
На рис. 6 показан окончательный вид схемы, где отрицательные
f
R
индуктивности поглощены положительными.
Рис. 6. Преобразованная схема полосового фильтра
На рис. 7 и 8 представлены денормированные по частоте
и сопротивлению
= 50 Ом исходная (см. рис. 3) и преобразован-
Г
= 1 ГГц
0
ная (см. рис. 6) схемы полосовых фильтров, с заданной полосой
пропускания, а на рис. 9 приведены их частотные зависимости модулей коэффициента отражения (кривые, отмеченные квадратиками, соответствуют исходной схеме, треугольниками – преобразованной).
Рис. 7. Схема исходного полосового фильтра (Schematic 4)
8
Рис. 8. Схема преобразованного полосового фильтра (Schematic 5)
Рис. 9. Модули коэффициентов отражения на входе полосовых фильтров
Из графиков (рис. 9) видно, что в преобразованной схеме частотная
характеристика модуля коэффициента отражения деформируется. Это
связано с частотной зависимостью параметра инвертора.
9
Эквивалентные преобразования
в электрических цепях
При синтезе пассивных и активных устройств очень часто возникают проблемы, связанные с тем, что получаемые технические решения неудобны при практической реализации. В этом случае используют эквивалентные преобразования, при которых рабочие характеристики синтезированного устройства остаются неизменными, а структура устройства и значения элементов могут меняться.
Устройства, различающиеся между
ям элементов, будут эквивалентными, если их рабочие характеристики
остаются неизменными во всем частотном диапазоне.
На рис. 10, а изображена схема, содержащая три закороченных отрезка линии передачи, которой можно поставить в соответствие эквивалентную схему на связанных отрезках линии передачи, закороченных на одном конце (рис. 10,
б).
собой по структуре и значени-
а б
Рис. 10. Схемы эквивалентных цепей
Тогда соответствующие цепям (рис. 10) у-матрицы будут иметь
следующий вид:
11 1
zS zS zS
13 3
a
y ,
111
zS zS zS
323
10
б
y ,
aa
SS
22
Р
22
Р
bb
SS
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]