Разработка конструкции делителя мощности на микрополосковой линии для работы в фазированной антенной решетке

многоканальных частотно-избирательных устройств, электрически управляемых переключателей, смесителей, и др. Тройники с различным числом согласующих ступеней представлены на рис. 2.

Тройники с одним и тем же числом ступеней n и одной и той же частотной характеристикой КСВ выполняются в различных конструктивных вариантах (рис. 2 –3).

Рис. 2. Ненаправленные делители мощности (тройники) с одной согласующей ступенькой: (а) – в выходных плечах; (б) – во входном плече; (в) – типовая частотная характеристика

Рис. 3. Разновидности широкополосных тройников, имеющие двухступенчатый переход: (а) – с двухступенчатым согласующими трансформаторами в выходных плечах; (б) – с согласующими трансформаторами во входном и выходном плечах; (в) – с двухступенчатыми согласующими трансформаторами во входном плече; (г) – частотная характеристика двухступенчатого тройника

Рис. 4. Разновидность широкополосных тройников, имеющих трехступенчатый переход. а) – согласующими трансформаторы в выходных плечах; б) – согласующие трансформаторы во входном (один) и выходных (два) плечах; в) – согласующие трансформаторы во входных (два) и выходном (один) плечах; г) – согласующие трансформаторы во входном плече; д) частотная характеристика КСВ тройников.

Данная конструкция не удовлетворяет требованиям ТЗ, т.к. при заданном соотношении деления мощности между каналами возникают технологические трудности.

2.3. Делители мощности направленные с неравным делением

Делители мощности направленные с неравным делением - СВЧ тройники с электрически изолированными выходными плечами, предназначенные для деления мощности P₀ в отношении  между выходными плечами.

Делители мощности направленные с неравным делением используют в трактах СВЧ как самостоятельные узлы, а также как составные элементы многоканальных разветвителей мощности с числом каналов на равных степени числа два (2^m) или с нечетным числом каналов (рис. 5).

Ниже рассматриваются три типа делителей мощности направленные с неравным делением:

– с выходными трансформирующими секциями и продольной активной нагрузкой выходных плеч Z_н (напряжение на выходных плечах синфазны) – тип – 1 (рис. 7, а);

– с входной согласующей и выходными трансформирующими секциями (модификация типа-1) – тип-2 (рис. 7, б);

– с трансформирующей секцией лишь в одном из выходных плеч (напряжение на выходных плечах сдвинуты по фазе на 90°) – тип-3 (рис. 7, в).

Тип-1 направленный делитель мощности с неравным делением используется при отношении выходных мощностей P₂/P₁ ≤3, тип-2 – для деления в отношении P₂/P₁ ≤4. Тип-3 делит мощность подобно типу-1, но конструктивно более прост и используется, когда соотношение фаз сигналов в выходных плечах не имеет существенного значения.

Рис. 6. Направленные делители мощности многоканальные: (а) – число каналов равно 3; (б) – число каналов равно 6.

Рис. 7. Делители мощности направленные с неравным делением: (а) – делитель типа-1; (б) – делитель типа-2; (в) – делитель типа-3.

Данный в задании на проектирование делитель мощности предназначается для работы в фазированной антенной решетке в диапазоне частот 9,25-9,50 ГГц. Деление мощности между каналами происходит в соотношении 3,2/1. Исходя из этих и других данных технического задания, выбираем для разработки конструкцию направленного делителя мощности с неравным делением типа-2 (рис. 7, б). Данная конструкция удовлетворяет требованиям ТЗ, она технологична и надежна.

3. Расчет делителя мощности [3, с.80]

Данные для расчета:

Диапазон рабочих частот 9250…9500 МГц

Мощность на входе 10 Вт.

Деление мощности между каналами: 3,2/1

К_CTU входа не более 1,15;

Вход и выход на стандартные коаксиальные разъёмы 50 Ом

3.1. Выбор материала подложки [5, с.81]

От материала подложки микрополосковой линии передачи зависят потери и длина волны в тракте.

Диэлектрик, используемый в качестве подложки, должен иметь малые потери, однородную диэлектрическую проницаемость ε. Рассмотрим некоторые материалы для подложек (табл. 1)

Таблица 1

Т.к. для микрополосковой линии требуется материал, обладающий  высокой ε, малыми потерями, постоянством ε в широком диапазоне частот и температур, высокой степенью чистоты (т.е. малым количеством примесей), малой пористостью, высокой теплопроводностью, низкой стоимостью, выберем в качестве материала подложки ситалл марки СТ 38-1.

Оптимальная толщина подложки при данной частоте и добротности материала h=0,5 мм.

3.2. Расчет волновых сопротивлений секций делителя

Коэффициент деления мощности в выходных плечах определяется по формуле:

                                                (1)

k = 0,559.

Волновые сопротивления секций делителя мощности определяются по следующим формулам:

;                                    (2)

;                                  (3)

 ;                                  (4)

  ;                                      (5)

 ;                                        (6)

где - волновое сопротивление входного согласующего трансформатора;

- волновые сопротивления кольцевых ветвей делителя;

- волновые сопротивления четвертьволновых трансформаторных секций.

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

Сопротивление резистора делителя определяется по формуле:

 ;                                     (7)

Ом.

3.3. Расчет размеров микрополосковой линии

Ширина полоски W определяется из соотношений:

,    для A > 1,52;                             (8)

,  для A £ 1,52;    (9)

где                             (10)

                                                      (11)

Длина секции делителя находится по формуле:

 ;                                        (12)

где - рабочая длина волны в МПЛ,

м/с  – скорость света.

- эффективное значение диэлектрической проницаемости полоски, определяется по формуле:

                          (13)

Результаты расчетов занесем в таблицу 2.

Таблица 2

3.4. Расчет тонкопленочного резистора [3, с.44]

Были рассмотрены некоторые материалы резистивных пленок [6, с.22].

Для того чтобы выбрать материал пленки, необходимо рассчитать оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления по формуле:

                                           (14)

Так как резистор один,  Ом/ð

Выбираем сплав РС-3710 с удельным поверхностным сопротивлением  Ом/ð с учетом минимального ТКР и максимальной удельной мощности рассеяния.

Вычислим коэффициент формы резистора и его площадь по следующим формулам:

                                                (15)

                                                (16)

;

;

Отсюда находим размеры резистора:

                                              (17)

                                          (18)

Длина резистора равна

мм;

Ширина резистора

мм.

Вывод: рассчитаны геометрические размеры микрополосковых секций делителя и пленочного резистора в соответствии с заданными параметрами.

4. Расчет надежности [1, с.11-16]

В данном разделе курсовой работы необходимо выяснить, обеспечит ли данное изделие требуемые показатели качества в установленных условиях эксплуатации.

Под расчетом надежности будем понимать определение численного значения времени наработки на отказ (Т_н)

В теории надежности под отказом понимается не только выход из строя изделия, но и уход его параметров за пределы допустимых значений. Однако определение времени наработки на отказ в случае постепенного отказа связано со сложными математическими