Данилов В.С. Микроэлектроника СВЧ

2.3.РАСЧЕТ АТТЕНЮАТОРОВ НА СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Сцелью минимизации уровней отражений от нагрузок наряду с согласующими цепями иногда находят применение цепи, вносящие затухание сигналов и получившие название аттенюаторов. Эти цепи

вносят затухание не только отраженных, но и падающих волн. Применение таких цепей необходимо и при измерениях, например, для калибровки измерительного тракта или обеспечения заданного уровня шумов и т.д.

Аттенюаторы не вносят фазовый сдвиг сигнала, поэтому коэффициент распространения в них будет действительной величиной. Вносимое ими затухание обычно измеряется в децибелах и равно:

по мощности –

10lg Мощность на входе Мощность на выходе

или по току и напряжению

пользуя уравнения из разд. 1.3 применительно к схеме, приведенной на рис. 2.7, получаем

Из сравнения уравнений (2.20) и (2.21) с (2.22) и (2.23) следует, что П- и Т-образные звенья аттенюаторов двойственны. Выбор Т- или П-звена зависит прежде всего от возможности технологической реализации элементов схемы аттенюатора. Аттенюаторы могут быть изготовлены по тонкопленочной технологии при конструктивном исполнении резисторов с очень малой индуктивностью. Все соединения между элементами имеют минимальную длину для устранения паразитных связей, так как они затрудняют создание аттенюаторов с большим затуханием. На практике большое затухание достигается последовательным соединением нескольких звеньев.

Поскольку номинальные значения резисторов в аттенюаторе могут отличаться от рассчитанных, следует оценить влияние этих отличий на его параметры, т.е. определить, как изменяются затухание и его входное сопротивление, если величины элементов отличаются от рассчитанных по уравнениям (2.20) – (2.23). Проанализируем Т-звено, обратясь к рис. 2.7:

Пример 2.6. Рассчитать аттенюатор на симметричном Т-звене, состоящем из двух резисторов, включенном в разрыв линии с волновым сопротивлением 50 Ом и вносящем затухание 20 дБ.

Решение. Поскольку 20 дБ = 20 lg N, то N = 1020/20 = 10 . Тогда из уравнений (2.20) и (2.21) находим

Пример 2.7. Для Т-звена аттенюатора величины R1 и R2, рассчитанные по (2.20) и (2.21), имеют следующие номиналы: R1 = 41 Ом, R2 = 10,1 Ом. Технологически удается получить R1 = 47 Ом, a R2 = 10 Ом. Оценить входное сопротивление и затухание аттенюатора на полученных резисторах.

Решение. Из (2.24) находим R0 472 2 47 10 1 2 56 Ом. Согласно уравнению (2.26) затухание равно

Отсюда следует, что использование полученных резисторов приводит к изменению входного сопротивления на 12 %, а затухание изменяется на 6 %.

2.4.СОГЛАСОВАНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ШЛЕЙФОВ

Согласование сопротивлений (импедансов) отрезками линии, короткозамкнутыми или разомкнутыми на концах, есть согласование цепей с распределенными параметрами (рис. 2.9). Одиночный шлейф подключается на расстоянии l от нагрузки параллельно основной линии передачи. Весь расчет удобнее вести в проводимостях. Как было рассмотрено в разд. 1.4, согласование обеспечивается, если шлейф подключить на таком расстоянии l от нагрузки, где нормированная входная проводимость линии будет равна нормированной проводимости нагрузки, т.е. нагрузка трансформируется в точку подключения шлейфа. Нормированная входная проводимость линии в точке подключения шлейфа будет равна

Проводимость шлейфа подбирается из условия компенсации реак-

тивной составляющей jB проводимости Y , что достигается под-

вх

бором длины l1 шлейфа. Расчет длин L и L1, согласно основному уравнению (1.33) для отрезков линии, можно производить аналитически, но более удобно их значения определять графически при помощи диаграммы Вольперта (Смита). Это наиболее гибкая и общая диаграмма, используемая до настоящего времени при анализе согласования [5].

L1

а

Рис. 2.9. Согласование сопротивлений с помощью одиночных короткозамкнутого (а) и разомкнутого (б) шлейфов

Пример 2.8. Знакомство с диаграммой Вольперта (Смита) (рис. 2.10). Пусть волновое сопротивление линии равно 50 Ом. Нанести на диаграмму точки, соответствующие следующим величинам:

1)Z = 15 + j25 Ом;

2)комплексно-сопряженным Z и Z ;

3)полной проводимости Y = 1 Z ;

4)полной проводимости, связанной с Z .