Методические указания к выполнению лабораторной работы «Согласование нагрузки», страница 2

            Схема строится из элементов, находящихся на закладке Elements, находящейся в левой нижней части экрана. Все необходимые элементы находятся в категории Lumped Elements (сосредоточенные элементы), щелкнув по которой открываем их список. Из списка Inductor выбираем элементы IND, Capacitor – CAP, Resistor – RES. Элементы соединяются с помощью мыши и курсора в виде пружинки. После того как схема собрана, к ней подсоединяется порт, находящийся в категории Port. Щелкнув по значку порт выбираем PORT. Далее необходимо измерить модуль и фазу коэффициента отражения от порта в диапазоне от 0.6 ГГц до 1.4 ГГц. Для этого в меню Options/ Project Options в открывшемся окне на закладке Frequencies устанавливаем  Start = 0.6, Stop = 1.4, Step = 0.05, нажимаем на кнопки Add, Apply, OK. Далее в меню Project/ Add Graph заказываем первый график Graph 1, затем там же: Add Measurements и в открывшемся окне  указываем Linear/ Port Parameter, затем выделяем S, в окошках справа устанавливаем (сверху вниз) match, 1, 1, Use for x-axes,   ставим точку в кружке Angl и нажимаем кнопку ОК. Далее нажимаем на кнопку (в верхнем ряду) получаем график угла  -  в градусах. Нажатием на правую кнопку мыши вызываем маркер (Add marker), с помощью которого можно точно измерить значение угла на заданной частоте (значения частоты и угла при движении маркера выводятся внизу экрана). По указанию преподавателя выбираем частоту 1.2 ГГц, на которой . Вид графика показан на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость от частоты

            Далее необходимо измерить модуль . Для этого открываем второй график Graph 2 и в окне измерений ставим точку в кружке Mag и удостоверяемся, что в кружке dB отсутствует птичка. Далее нажимаем ОК и запускаем программу. В результате получаем график модуля , показанный на рис. 4. На частоте 1.2 ГГц . Теперь мы имеем все необходимые данные для расчета входной проводимости нашей RLC цепи на частоте 1.2 ГГц. Эти проводимости определяются по формулам:

 Величины проводимостей, вычисленных с помощью этих выражений нормированы к волновой проводимости порта Р1, равной 0.02 Сим (волновое сопротивление 50 Ом). В результате расчета получаем: . Эта точка располагается в нижней правой половине ДВС. Проведем из центра диаграммы через эту точку прямую до пересечения с внешней окружностью. Затем проведем по направлению движения часовой стрелки дугу радиусом равным расстоянию от центра ДВС до точки проводимости нагрузки до пересечения с окружностью . Проведем через точку пересечения из центра прямую до пересечения с внешней окружностью. Длина дуги, образованной между двумя точками пересечения (в долях длины волны или в градусах) определяет длину отрезка линии, которую необходимо включить между нагрузкой и точкой согласования (в нашем случае она равна 33.12˚). Далее необходимо оценить реактивную проводимость в точке согласования. В нашем случае она будет отрицательной и равной -1.775.

Рис. 4. Зависимость  от частоты

            Так как эта проводимость отрицательна, то она носит индуктивный характер и ее надо компенсировать емкостной реактивностью такого же абсолютного значения. Емкостной реактивностью обладает отрезок линии длиной менее четверти длины волны, разомкнутый на конце (нагрузка отрезка – нулевая проводимость). Длину этого отрезка можно определить, перемещаясь из точки нулевой проводимости ДВС (верхняя точка диаграммы) по часовой стрелке до точки, где реактивная проводимость равна 1.775. Длина этой дуги определит длину компенсирующей линии ( в нашем случае она равна 60.5˚). Теперь необходимо включить оба отрезка линии в нашу схему. Для этого щелкнем левой клавишей мыши по проводу, соединяющему порт с RLC схемой (на проводе появится квадратик), а затем нажмем на клавишу клавиатуры Delete. На место исчезнувшего провода вставим отрезок линии, взятый из Elements/ Transmition Lines/ Coaxial/ Electrical. Возьмем линию COAX2 (внешний проводник линии заземлен) и присоединим ее между портом и схемой. Далее щелкнем по линии и в открывшемся окне введем угол (в нашем случае 33.12˚). Волновое сопротивление линии должно равняться волновому сопротивлению порта – 50 Ом. Затем берем такую же линию COAX2 и один ее конец присоединяем к проводнику между портом и первой линией (второй конец линии остается свободным). Затем устанавливаем угол для этой линии (в нашем случае 60.5˚). Схема с установленными линиями показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема с установленными согласующими линиями

            Теперь необходимо проверить наличие согласования на частоте 1200 МГц. Для этого закажем график Graph 3, на котором выведем зависимость модуля  от частоты (так же как делали Graph 2). В результате получаем график рис. 6. Из графика видно, что модуль  на частоте 1200 МГц равен – 60 дБ, что означает идеальное согласование (отражается одна миллионная доля мощности падающей волны). С помощью маркеров определяем полосу согласования на уровне – 20 дБ (отражается одна сотая доля мощности падающей волны). В нашем случае эта полоса порядка 80 МГц.

3. Содержание отчета

            В отчете должны быть приведены схема RLC цепи и схема цепи вместе с согласующим устройством, формулы и результаты расчетов, промежуточные и окончательные результаты моделирования, оценка результатов согласования.

Рис. 6. Зависимость  от частоты после согласования