Делители мощности СВЧ

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РПУ

Расчётно-графическая работа №1 по курсу

«Устройства СВЧ и антенны»

Вариант №4.1.

Факультет: РЭФ

Группа: РТВ14-92

Выполнил: Шатров М.С.

Преподаватель: Горбачёв А.П.

Новосибирск 2012

Задание на работу.

4. ДЕЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ СВЧ.

4.1. коЛЬЦЕВОЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ.

Определить размеры кольцевого делителя мощности на МПЛ (мм). Средняя рабочая частота 7 ГГц.

Волновые сопротивления:

Z₁=50 Ом,Z₂=70.7 Ом.

Длина средней линии кольца l=0.48λ_в.

Нарисовать в подходящем масштабе получившуюся топологию устройства.

(Чего не хватает на рисунке?)

Записать S-матрицу идеального делителя мощности.

Последовательность проведения расчёта кольцевого делителя мощности на МПЛ.

При известных волновых сопротивлениях отрезков МПЛ передачи будем придерживаться определённойпоследовательности расчётов:

1.  Вычислить параметр  по заданным значениям

2.  Вычислить ширину  МПЛ по значениям

3.  Вычислить  с учетом найденного значения.

4.  Проверить расчет величин . Для этого рассчитать  по приведенной формуле. При отличии рассчитанного значения  от исходного заданного значения  более чем на 15 %, провести заново расчет ширины  МПЛ.

5.  Для контроля расчетов учесть, что для МПЛ с  вычисления должны дать значения  Ом.

Введение.

В системах СВЧ нашли применение полосковых линий – микрополосковые линии передачи (МПЛ).К достоинству можно отнести: малые габариты, малый вес, низкая стоимость, высокая степень интегрирования схем, технологичность.

К основным электрическим требованиям материала из которого конструируется МПЛ относят то, что диэлектрики в МПЛ должны обладать высоким значением диэлектрической проницаемости , малыми потерями, постоянством значения  в широком диапазоне частот и температур, высокой теплопроводностью. В данной работе будем полагать, что в МПЛ диэлектриком является поликор (99.8 % Al₂O₃), обладающий значением .

Основными электрическими характеристиками МПЛ являются волновое сопротивление  линии, рабочая полоса частот, длина волны, затухание и добротность, предельная мощность.

1. Вычисление параметра р по известным волновым сопротивлениям и относительной диэлектрической проницаемости  МПЛ.

Общая формула для нахождения параметра р выглядит следующим образом:

Подставляем необходимые данные и вычисляем:

2. Вычисление ширины wМПЛ по известным значениям Z_В,,h,р.

Для определения ширины МПЛ используем формулу в зависимости от величины параметра p:

Находим ширину МПЛ с параметрами и  :

3. Вычисление эффективной относительной диэлектрической проницаемости с учётом найденного отношения .

Формула для нахождения эффективной диэлектрической проницаемости:

Для МПЛ с шириной  :

Для МПЛ с шириной :

4. Проверка полученных расчётов величин w и .

Проверка расчётов сводится к вычислению волнового сопротивления МПЛ с учётом величины . Вычисления являются приемлемыми, если рассчитанное значение сопротивления от исходного заданного значения менее чем на 15%.

Волновое сопротивление МПЛ:

При величине искомого отношения:

Вычисляем волновое сопротивление по первой формуле:

При величине искомого отношения:

Вычисляем волновое сопротивление по первой формуле:

Процентные вычисления:

Сделав необходимые вычисления, приходим к выводу, что вычисленные ширины МПЛ являются верными, т.к. полученные значения волновых сопротивлений не отличаются от заданных величин более чем на 15%.

5.  Вычисление длины средней линии кольца.

В качестве исходных данных нам дана относительная длина средней линии кольца:

Необходимо найти длину волны вовторой МПЛ:

Длина волны в свободном пространстве:

Длина волны во второй МПЛ:

Длина средней линии этого кольца:

6.  Моделирование антенны в программе CSTMicrowaveStudio

Построение кольцевого делителя мощности реализованного на МПЛ  проводится в программе CST Microwave Studio. Топология делителя мощности приведена на рис. 6.1-6.2.

Рис. 6.1. Топология делителя мощности на МПЛ. 3D модель.

Рис. 6.2. Топология делителя мощности на МПЛ. Вид спереди.

Для данного делителя мощности характерна следующая зависимость S-параметров от частоты.

Рис. 6.3. Зависимость S-параметров от частоты

Запишем S-матрицу идеального делителя мощности:

Список литературы.

1.  Горбачев А.П. Проектирование печатных фазированных антенных решеток в САПР «CST Microwave studio»: учеб. пособие/ А.П. Горбачев, Е.А.Ермаков. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 88с.

2.  Горбачев А.П. Методические указания к контрольным работам для студентов II курса РЭФ. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.