Направленный ответвитель

ЗАДАНИЕ:

Спроектироватьдвухшлейфныйнаправленныйответвительна основенесимметричнойполосковойлинии.

Рабочаядлинна волны= 3 см.

Волновоесопротивлениеподводящихлиний Z₀=50 Ом.

ПереходноеослаблениеС₁₃ = 2 дБ

Диапазонрабочих температур:от –50Сдо +150С

Дополнительныетребования:минимальныегабариты.

Необходимовыбрать материалдля изготовлениянаправленногоответвителя.Рассчитатьразмеры элементовполосковойсхемы, вычислитьрабочие параметры,определитьминимальнуювеличинунаправленностиС₃₄ прирасстройкеот центральнойчастоты диапазонана ff_0,качественнообосноватьнеобходимостьподключенияк развязанномуплечу согласованнойразгрузки.

1. Теоретическаячасть.

Направленныеответвители(НО) называютсявосьмиполюсники,предназначенныедля направленногоответвленияСВЧ- энергии.

Они используютсяв схемах измерениякоэффициентовотражения,смещения иразделениясигналов, контроляпараметровсигналов, мощности,частоты, а такжепереключателей,фазовращателейи т. д.

Линия передачиНО, по которойпередаетсяосновная мощность,называетсяпервичной, илиосновной, алиния, в которуюответвляетсячасть мощности,- вторичной,или вспомогательной.

Основнымихарактеристиками,НО являютсяпереходноеослабление,направленность.

Переходноеослаблениепредставляетсобой выраженноев децибелах отношениевходной мощностиосновной линиик мощности,ответвленнойв рабочее плечо4 вспомогательнойлинии:

А14 = 101g Р1/Р4.

Направленностьпредставляетсобой выраженноев децибелахотношениемощностей навыходе рабочего4 и нерабочего3 плеч вторичнойлинии

А43 = 101gР4/Р3.

Выход нерабочегоплеча вторичнойлинии всегданагружаетсяна согласованнуюнагрузку.

Р1 Р2

1 Основнаялиния 2

3 4

Вспомогат.линия

Р3 Р4

Схема направленногоответвителя.

Шлейфныенаправленныеответвители(НО).

Они состоятиз двух отрезковполосковыхлиний передачи,соединенныхмежду собойс помощью двухи более шлейфов,длинны и расстояния,между которымиравны четвертидлины волны,определеннойв полосковойлинии передачи.

С увеличениемчисла шлейфовнаправленностьи диапазонныехарактеристикишлейфового,НО улучшается.Однако причисле шлейфовболее трех ихволновыесопротивлениястановятсянастолькобольшими, чтопрактическине могут бытьреализованыв печатномисполнении.В связи с этимв ИС СВЧ наибольшеераспространениеполучили двух– и трехшлейфныеНО.

в/4

Y2 Y0

1 3

Y1 Y1

A A

2 4

Y0 Y2 Y0

Шлейфныйнаправленныйответвительв виде квадрата.

2. Основнойрасчёт.

   1. Выборматериала длядиэлектрическойподложки.

Исходяиз дополнительныхусловий (минимальныегабариты) нужновыбрать такойматериал, укоторогодиэлектрическаяпроницаемость()максимальная,а tg- минимальный.Также долженсоблюдатьсядиапазон рабочихтемператур.

На основаниивышесказанноговыберем керамику,имеющуюследующиепараметры.

2. Расчётна компьютере

Шлейфовыйнаправленныйответвитель

Исходныеданные:

Длинаволны л (См)3.00000

Волновоесопротивление(Ом)50.00000

Диэлектрическаяпроницаемостьматериала10.30000

Толщинатоковедущейполоски (мм)0.03500

Толщинаподложки (мм)1.50000

+-DF/F0(%)1.00000

Результатырасчета:

Эффект.Диэлектрическаяпроницаемость7.05203

Длинаволны в линиина ср. частотедиап. (См)1.12970

Длинаотрезков полосковоговолновода(См)0.28243

Длинашлейфа (См)0.25418

Ширинаотрезков полосковыхлиний (мм)2.31461

Ширинаплеч подводящихлиний (мм)1.36813

Рабочеезатухание(дБ)2.47703

Переходноеослабление(дБ)3.49194

Коэффицентделения мощности(дБ)0.91515

ПриF=FN(дБ) С34 = -35.99067

ПриF=FB(дБ) С34 = -36.16438

Центральнаячастота диапазона(ГГц)8.27444

Чертёжрассчитаннойвыше топологииНО приводитсяв приложении.Окончательноразмеры подложкибудут 15х14 мм.

3.Выбор корпуса

Так какданное полосковоеустройствоне имеет никакихнавесных элементов,и доступ к немунужен толькос одной стороны,то целесообразноиспользоватькорпус чашечноготипа.

Чашечныйкорпус включаетв себя: непосредственносам корпус,переходвысокочастотный,плату,резиновуюпро­кладку,крышку,трубку(для заполненияинертным газом),низ­кочастотныйвывод,проволоку.Корпус легкоизготовитьфрезерованием.При серийномизготовленииможно использоватьлитье, штамповку,прессованиеиз пластмассыи металлизациюгальванопласти­ческимили химико-гальваническимспособом. Платав корпусе крепитсялибо механическимприжимом ееко дну корпусас помощью винтовили другихэле­ментов(например, верхнейкрышки присборке конструкциина СПЛ), либопри­пайкойметаллизированнойэкранированнойстороны платык дну корпуса(непосредственноили черезкомпенсирующиепрокладки изметаллическойсетки, чтобыснизить напряжения,возникающиеиз-за разностиКТЛР).

Герметизациякорпуса производитсяпайкой по контурукрышки и пере­ходов,заливкой щелейкомпаундами.При использованиипайки выполняемшов с закладкойпроволоки,что обеспечиваетвоз­можностьвскрытия корпусапри ремонте,и используемрезиновуюпрокладку,препятствующуюпопаданиюприпоя и флюсавнутрь корпуса.Сборочныйчертёж корпусаприводитсяв приложении.

4.Список использованнойлитературы

1. Методическиеуказания изадания к курсовойработе по курсу«Конструкцииэкранов и СВЧустройств».Москва 1985г.

2. Полосковыеплаты и узлы.Пректированиеи изготовление.Е. П. Котов. Сов.радио, 1979.

3. Справочникпо расчёту иконструированиюСВЧ полосковыхустройств. В.И. Вольман. Радиои связь. 1982г.

4. Конспектлекций по дисциплине«Техническаяэлектродинамика».

6

Sheet 1: Лист1

Sheet 2: Лист2

Sheet 3: Лист2 (2)

МГАПИ

Курсовой проект

Группа ПР-7

Специальность 2008

Студент .

РАСЧЕТНАПРАВЛЕННОГОФИЛЬТРА НАПОЛОСКОВОЙЛИНИИ

Вариант4.0

ИСХОДНЫЕДАННЫК:

Длинаволны L[см]:....................................... 10.00

Характеристическоесопротивлениепроводящихполосок [Om]:. 50.00

Частотаприемника[ГГц]:.................................. 3.50

Полосапропускания[%]:................................... 2.00

Коэффициентзатухания вканале прямойсвязи [дБ]:......... 2.00

Коэффициентзатухания вканале направленнойсвязи [дБ]:... 30.00

Диэлектрическаяпроницаемостьматериала:..................10.00

Толщинаподложки[mm]:.................................... 0.5

РЕЗУЛЬТАТЫРАСЧЕТОВ:

Длинаодной стороныпетли [sm]:...........................0.79057

КоэффициентнеравномерностиЧХ в полосепропускания:......1.82032

Коэффициентсвязи:........................................0.96077

ВолновоесопротивлениеRo прямое[Om]:.................... 7.07004

ВолновоесопротивлениеRo направленное[Om]:.............. 0.14144

Верхняяграница приема[ГГц]:............................. 3.53500

Нижняяграница приема[ГГц]:.............................. 3.46500

Зазорв области связиS [mm]:............................. 0.05142

Ширинаполосок b[mm]:.................................... 0.68207

Частота[ГГц]:...........................................3.46500

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.74726

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.05834

Частота[ГГц]:...........................................3.46967

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.61415

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06017

Частота[ГГц]:...........................................3.47433

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.48305

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06203

Частота[ГГц]:...........................................3.47900

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.35388

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06391

Частота[ГГц]:...........................................3.48367

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.22660

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06583

Частота[ГГц]:...........................................3.48833

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................18.10114

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06777

Частота[ГГц]:...........................................3.49300

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.97746

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.06975

Частота[ГГц]:...........................................3.49767

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.85551

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.07175

Частота[ГГц]:...........................................3.50233

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.73524

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.07378

Частота[ГГц]:...........................................3.50700

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.61660

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.07584

Частота[ГГц]:...........................................3.51167

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.49955

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.07793

Частота[ГГц]:...........................................3.51633

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.38404

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.08005

Частота[ГГц]:...........................................3.52100

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.27004

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.08220

Частота[ГГц]:...........................................3.52567

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.15751

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.08438

Частота[ГГц]:...........................................3.53033

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................17.04641

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.08659

Частота[ГГц]:...........................................3.53500

Потерив канале прямойсвязи [дБ]:.......................16.93670

Потерив канале направленнойсвязи [дБ]:.................0.08883

Задание.

Сконструироватьнаправленныйфильтр на основеполосковойлинии. Фильтриспользуетсядля разделенияканалов приёмаи передачи,причём и передатчик,и приёмникработают наодну антенну.

Частота принимаемогосигнала f_пр=4,5ГГц.

Полоса частот,занимаемаяпринимаемымсигналом 2f_пр=2%

Частота передатчикаf_прд=3,5 ГГц.

Коэффициентзатухания награнице полосыпропусканияне должен превышатьзначения L_Нс=2дБ.

Коэффициентзатуханияпрямого каналана частотенаправленнойсвязи большеL_Пс=30 дБ.

Характеристическоесопротивлениеподводящихполосок 50 Ом.

Диапазон рабочихтемператур: -50 — +85 C.

Дополнительныеусловия: минимальныйобъём.

Требуетсявыбрать материалподложки устройства.Определитьконструктивныеразмеры полосокфильтра. ПостроитьчастотныезависимостиL_Пс(f)и L_Нс(f).Предусмотретьподключениек плечу 4 согласованнойнагрузки в видесосредоточенногоэлемента смощностьюрассеяния, непревышающей2 Вт при непрерывномрежиме работы.

1. Фильтры.

Фильтр —четырёхполюсник,затуханиекоторого малов заданнойполосе (полосапропускания)и велико навсех другихчастотах внеэтой полосы(полоса заграждения).Большое затуханиев полосе заграждениясоздается засчет поглощенияи отраженияэнергии подводимыхсигналов.

По взаимномурасположениюполос пропусканияи загражденияфильтры делятсяна фильтрынижних частот(ФНЧ), т.е фильтры,пропускающиечастоты нижезаданной иподавляющиесигналы надругих частотах;верхних частот(ФВЧ), пропускающиесигналы начастотах вышезаданной иподавляющиесигналы внеэтой полосы;полосовые (ПФ),пропускающиесигналы в пределахзаданной частотыи подавляющиесигналы внеэтой полосы;режекторные(РФ), подавляющиесигналы начастотах впределах заданнойполосы.

К числу основныхпараметровфильтров относятся:полоса пропускания,полоса заграждения,средняя частота,коэффициентзатухания вполосе пропускания,коэффициентзатухания вполосе заграждения,крутизна частотнойхарактеристики,коэффициентотражения отвхода и выхода,формы и размеровсечения линиипередачи, вкоторую включаетсяфильтр.

Синтез фильтровСВЧ сводитсяк синтезуэквивалентнойсхемы (низкочастотногопрототипа),удовлетворяющейзаданной частотнойхарактеристикеи замене сосредоточенныхэлементов схемысоответствующимиэлементамина СВЧ.

Интегральныесхемы СВЧ-фильтровчаще всегоконструируютна основемикрополосковойлинии (МПЛ) ипростейшихэлементов(переходы ирезонаторы).Как известно,МПЛ в отличиеот полых волноводовне имеют нижнейчастоты отсечки,а потому на ихоснове могутбыть реализованыпрактическивсе типы фильтров,включая фильтрынижних частот.

Фильтры нижнихчастот используютсяв схемах детекторов,смесителей,в цепях питанияИС СВЧ и др. ФНЧбывают на элементахс распределеннымипараметрамии с сосредоточеннымипараметрами,имеющие меньшиегабаритныеразмеры.

Фильтры верхнихчастот выполняютсяс помощью соединенияпараллельныхиндуктивностейв виде полосковыхкороткозамкнутыхшлейфов с высокимволновымсопротивлением,имеющих малуюдлину, и последовательныхёмкостей.

Из-за трудностиреализациинадежногокороткогозамыкания навысокочастотныхучастках СВЧдиапазонаприменяютширокополосныеполосовыефильтры, называемыефильтрамипсевдоверхнихчастот.

Полосовыефильтры могутбыть реализованына основемикрополосковыхрезонаторах,связанных междусобой определеннымспособом.

В ПФ, имеющимпоследовательныесвязи полуволновыхрезонаторовчерез торцевыеёмкости дляполученияширокой полосыпропусканиясоседние резонаторыдолжны бытьсильно связанымежду собой,что возможнопри большихёмкостях взазорах (оченьмалых S).Ввиду технологическихограниченийна зазор реализуемыеполосы пропусканияне превосходят20%. Длина такогофильтра получаетсяочень большой.

Более компактнаяконструкцияПФ со связьюполуволновыхполосковыхрезонаторовчерез боковыеповерхности.Достоинствомтаких фильтровна параллельносвязанныхрезонаторахявляются малыегабаритныеразмеры, относительнобольшие расстояниямежду резонаторами,что облегчаетих производствои повышаетэлектрическуюпрочность,крутые скатычастотнойхарактеристики.

Фильтр на встречныхстержнях состоитиз полосковыхчетвертьволновыхрезонаторов,короткозамкнутыхна одном концеи разомкнутыхна другом, причёмкороткозамкнутыеконцы чередуются.Эти фильтрыимеют малыегабаритныеразмеры и потери,широкие пределыполосы пропускания.Однако выполнениетакого фильтрав печатномисполнениисвязано с трудностямиобеспечениянадежногокороткогозамыканиярезонаторов.

Одна из основныхпроблем полосковыхфильтров,обусловленнаяограниченнойдобротностьюпечатных резонаторов,состоит в получениемалых потерьи узкой полосыпропускания.

Режекторныефильтры, подобнополосовым,могут бытьреализованына основе ферритовыхи диэлектрическихрезонаторов.В этом случаерезонаторыустанавливаютсяна некоторомрасстоянииот полосовогопроводникалинии или накладываяна него, забираяпри этом энергиюпри резонансе.При сближениирезонаторас проводникомослаблениев полосе пропусканиярастет.

Направленныефильтры —восьмиполосныеустройства,предназначенныедля частотногоразделениясигналов вплечах устройства.На частоте f_нс,называемойчастотой направленнойсвязи почтився энергиябудет поступатьв плечо 2 (плечонаправленнойсвязи) рис 1. Приизменениичастоты происходитперераспределениепотока СВЧмощности: еёуровень в плече2 падает, а в плече3 (плечо прямойсвязи) растет.Как правило,такие схемыиспользуютсядля развязкиприёмника(подключаетсяк плечу 2) передатчика(плечо 3) при работена общую антенну(плечо 1), причёмплечо 4 нагруженона согласованнуюнагрузку.

КонструкцияНФ. ВозможнойреализациейНФ на полосковыхлиниях с боковойсвязью являетсясоединениедвух зажимовНО, как это показанов приложении1. Основныеконструктивныепараметры Sи b имеютсмысл, аналогичныйпараметрамНФ.

2. Выбордиэлектрическойподложки.

При выборематериала дляподложкинаправленногофильтра наполосковойлинии необходиморуководствоватьсятемпературнымдиапазономработы и дополнительнымитребованиями.Для заданногодиапазонарабочих температур(-50 — +85 C)подходят 6материалов:

Подложку(Керамика Поликор)выбираем изследующихдополнительныхтребований:

3. Выбор корпуса

Так как данноеполосковоеустройствоне имеет никакихнавесных элементов,и доступ к немунужен толькос одной стороны,то целесообразноиспользоватькорпус чашечноготипа.

Чашечный корпусвключает всебя: непосредственносам корпус,переходвысокочастотный,плату, резиновуюпрокладку,крышку,трубку (длязаполненияинертным газом),низкочастотныйвывод, проволоку.Корпус легкоизготовитьфрезерованием.При серийномизготовленииможно использоватьлитье, штамповку,прессованиеиз пластмассыи металлизациюгальванопластическимили химико-гальваническимспособом. Платав корпусе крепитсялибо механическимприжимом ееко дну корпусас помощью винтовили другихэлементов(например, верхнейкрышки присборке конструкциина СПЛ), либопри­пайкойметаллизированнойэкранированнойстороны платык дну корпуса(непосредственноили черезкомпенсирующиепрокладки изметаллическойсетки, чтобыснизить напряжения,возникающиеиз-за разностиКТЛР).

Герметизациякорпуса производитсяпайкой по контурукрышки и переходов,заливкой щелейкомпаундами.При использованиипайки выполняемшов с закладкойпроволоки, чтообеспечиваетвозможностьвскрытия корпусапри ремонте,и используемрезиновуюпрокладку,препятствующуюпопаданиюприпоя и флюсавнутрь корпуса.Сборочныйчертёж корпусаприводитсяв приложении.

Студент

2,5:1

№ докум

№

Лист

Розенфельд

Подпись

Дата

Руковод.

Консульт

Зав.Каф

Лит

Масс

Масштаб

Лист

Листов

29

10

20

10

6

0,5

2

Студент

10:1

№ докум

№

Лист

Розенфельд

Подпись

Дата

Руковод.

Консульт

Зав.Каф

Лит

Масс

Масштаб

Лист

Листов

l=7,9

l=7,9

b=0,68

S=0,05

b₀=1,02

45 

0,53

18 мм

5

5

b₀=1,02

18

12