Коаксиальная линия. Волны в направляющих структурах при произвольной нагрузке, страница 4

2.4.1. Расчет параметров коаксиальной линии

Для заданного варианта:

1. Рассчитать длину волны в линии на рабочей частоте (с учетом диэлектрического заполнения).

2. С помощью формул (раздел 1.2)  рассчитать погонные емкость (в пФ/м) и индуктивность (в нГ/м), проверить результаты расчетом волнового сопротивления по формуле (1.3).

3. В утилите TXLine рассчитать все представленные в ней параметры отрезка коаксиальной линии.

Для этого необходимо запустить программу Microwave Office и в меню Tools выбрать TXLine…

В открывшемся окне утилиты TXLine, предназначенной для оперативного расчета физических параметров различных типов линий СВЧ, выбрать вкладку Round Coaxial.

В индивидуальном варианте заданы рабочая частота f₀ , свойства материалов, волновое сопротивление (Impedance), электрическая длина (Electrical Length) на частоте f₀ , внешний диаметр проводника.

В комбобоксе Dielectric выберем Air – воздушный диэлектрик, поскольку представленные в списке диэлектрики плохо подходят для коаксиальной линии. Однако ниже в полях ввода следует вручную задать относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь условного диэлектрика.

В комбобоксе Conductor выберем металл проводников, проводимость металла будет задана автоматически (ее можно указать и вручную).

Обратите внимание на размерности физических величин. В частности, в рамке Physical Characteristic разумно предварительно выбрать размерность мм для длины отрезка, внутреннего(Inner) и внешнего (Outer) диаметров.

Стрелки в центральной части окна утилиты TXLine управляют пересчетом «электрических» в «физические» характеристики и обратно.

4. Изменяя частоту в рамке Electrical Characteristic, рассчитать и представить графически зависимость погонного затухания (Loss – в левой нижней части окна, в дБ/м) в коаксиальной линии от частоты в полосе 1…10 ГГц с шагом 2 ГГц.

2.4.2. Расчет входных характеристик отрезка коаксиальной линии

В программе Microwave Office в меню File выбрать New Project. Далее выбираем в меню Project/ Add Schematics/ New Schematics. В появившемся окне вводим название схемы – например, coax, после чего появляется окно, в котором необходимо построить исследуемую схему. В качестве примера рассмотрим цепь, схема которой изображена на рис. 2.10.

рис. 2.10

Схема строится из элементов вкладки Elem (Elements – элементы), находящейся в левой нижней части главного окна. В категории Transmission Lines/ Coaxial/ Physical следует выбрать и перетащить мышью в окно схемы элемент COAX (именно его – он отличается от других способов представления коаксиала возможностью задания физических параметров, но требует заземления экрана!). Выбрав в меню Draw/ Add Ground элемент заземления, необходимо заземлить оба конца экрана отрезка коаксиала. Вернувшись на вкладку Elements, выбрать в категории Lumped Element/ Resistor элемент Load (нагрузка) и мышью поместить его на выход коаксиала. После того как схема собрана, к ней подсоединяется порт, находящийся в категории Port (или через меню Draw/ Add Port).

Параметры всех элементов схемы следует установить в соответствии с заданием. Их можно менять, открыв двойным щелчком мыши на изображении элемента (или по правой кнопке мыши через контекстные меню) окошко свойств элемента, там же доступна справка по элементу.

Далее необходимо задать расчет и отображение комплексного входного импеданса.

Диапазон частот необходимо задать в меню Options/ Project Options. В открывшемся окне на закладке Frequencies устанавливаем  Start = 0, Stop – максимальное значение частоты, Step – шаг по частоте (все – в гигагерцах), включить опцию Replace, нажать на кнопки Apply, OK. Шаг по частоте разумно выбрать достаточно малым - например, 0.05 ГГц) для корректного отображения кривых на графиках.