Расчет кольцевого направленного ответвителя (ослабление - 6 дБ, рабочая частота - 4,5 ГГц)

Цель работы: знакомство с наиболее широко применяемыми типами направленных ответвителей (в работе: кольцевой направленный ответвитель), их свойствами и методами расчета, с существующими стандартами на платы для полосковых линий передачи, а также разработка и конструкторская проработка направленного ответвителя.

Задание на курсовой расчет:

Кольцевой направленный ответвитель:

Ответвитель выполняется на микрополосковой линии(МПЛ)

Кольцевой направленный ответвитель представляет собой два отрезка линии передачи с длинами l и 3l соответственно с одинаковыми волновыми сопротивлениями ρ1, между концами которых включены параллельно два шлейфа с длинами l, но с другими сопротивлениями ρ2. К местам стыка этих линий подводятся линии передачи с волновыми сопротивлениями ρ0=50 Ом для связи с другими устройствами.

1.  Аналитический электрический расчет кольцевого направленного ответвителя

В ходе аналитического расчета подлежат определению комплексные коэффициенты пердачи:

S11(f), S12(f), S13(f), S14(f), S33(f), S34(f)

Диапазон расчета 2f0=0..9 ГГц

А также определены волновые сопротивления ρ1 и ρ2, и длины отрезков линий l

1.1 Расчет волновых сопротивлений ρ1 и ρ2, и длины отрезков линий l

Исходя из заданного переходного ослабления, определяем ρ1 и ρ2

Ослабление 6дБ

1.2  Расчет частотных зависимостей коэффициентов матрицы рассеяния

Результаты расчетов представлены на графиках:

2.  Конструктивный расчет направленных ответвителей

                                                                                                                                               Ε0

В ходе расчета определяются параметры МПЛ,

удовлетворяющие рассчитанным ранее волновым                        

 сопротивлениям

2.1 Аналитический расчет ширины проводника МПЛ эффективной диэлектрической проницаемости.

3.  Численный расчет в MicrowaveOffice

Проведем анализ кольцевого ответвителя рассчитав необходимые параметры и построив схему направленного ответвителя.

3.1 Построение схемной модели направленного ответвителя и расчет комплексных коэф передачи

При помощи утилиты TXLine… проведем расчет параметров МПЛ

Исходные данные

 Ом                                          W=1.295 мм

 Ом                                           W=0.326 мм

 Ом                                             W=1.688 мм

                            мм

Схема кольцевого направленного ответвителя:

В результате моделирования схемы были получены следующие зависимости:

Модули комплексных коэф. передачи

Фазы соответствующих коэф. передачи

Модули комплексных коэф. передачи в дБ

3.2 Создания электродинамической схемы моделирования ее электродинамический анализ.

Электродинамическая структура представляет собой слой диэлектрика с заданными параметрами (толщина h и диэлектрическая проницаемость). На этой подложке расположены проводники из металла их конфигурация и параметры (длина L, ширина W) соответствуют схеме кольцевого направленного ответвителя. К металлическим подложкам подключаем порты через которые (порт1) происходит возбуждение э/м волн. Вся структура окружена диэлектриком-воздухом.

                                    Электродинамическая структура в объеме:

                                            Электродинамическая структура

При помощи электродинамического анализа данной структуры рассчитываем коэффициенты передачи в заданной полосе частот и можем посмотреть распределении (распространение) поля во времени.

Результат анализа представлен на графиках:

Модули коэф. матрицы рассеяния

Модули коэф. матрицы рассеяния в дБ

Фазы соответствующих коэффициентов:

4.  Заключение

В ходе курсового расчета была проанализирована схема кольцевого направленного ответвителя выполненного на основе МПЛ.

 Расчет сводился к определению комплексных коэффициентов передачи восьмиполюсника  и определению параметров МПЛ удовлетворяющих данным задания

(Ослабление 6 дБ, рабочая частота 4.5 ГГц). Анализ проводился двумя способами: аналитическм и при помощи пакета Microwave Office. В результате расчеты проведенные по формулам и программно практически совпали.

Смоделированный ответвитель обладает следующим свойствами:

При возбуждении волны со стороны плеча 1 большая часть энергии ответвляете в плечо 2

В плечо 3 также происходит ответвление энергии причем с требуемым ослаблением 6 дБ

В плечо 4 направленного ответвителя волна практически не распространяется (ослабление 50 дБ)

Вывод: полученная структура удовлетворяет требованиям предъявленным к работе направленного ответвителя и имеет следующую матрицу рассеяния:

Список литературы

1. Ю.С.Дмитриев. Метод указ. по курс. работе на тему «Расчет полосковых направленных ответвителей». ЛЭТИ, 1982. (файл).
2. Пименов Ю.В. и др. Техническая электродинамика: Учеб. пособие. — М: Радио и связь, 2000. (10.6 – с. 306-315; 14.1 – с. 440-458).
3. Фуско В. СВЧ цепи: Анализ и автоматизированное проектирование. 1990. (2.5, 2.6, 2.7 –с. 61; 5.7,5.8 – с. 262).