Направленный ответвитель

ЗАДАНИЕ:

Спроектировать двухшлейфный направленный ответвитель на основе несимметричной полосковой линии.

Рабочая длинна волны  = 3 см.

Волновое сопротивление подводящих линий Z₀ =50 Ом.

Переходное ослабление С₁₃ = 2 дБ

Диапазон рабочих температур: от –50С до +150С

Дополнительные требования: минимальные габариты.

Необходимо выбрать материал для изготовления направленного ответвителя. Рассчитать размеры элементов полосковой схемы, вычислить рабочие параметры, определить минимальную величину направленности С₃₄ при расстройке от центральной частоты диапазона на ff_0, качественно обосновать необходимость подключения к развязанному плечу согласованной разгрузки.

1. Теоретическая часть.

Направленные ответвители (НО) называются восьмиполюсники, предназначенные для направленного ответвления СВЧ- энергии.

Они используются в схемах измерения коэффициентов отражения, смещения и разделения сигналов, контроля параметров сигналов, мощности, частоты, а также переключателей, фазовращателей и т. д.

Линия передачи НО, по которой передается основная мощность, называется первичной, или основной, а линия, в которую ответвляется часть мощности, - вторичной, или вспомогательной.

Основными характеристиками, НО являются переходное ослабление, направленность.

Переходное ослабление представляет собой выраженное в децибелах отношение входной мощности основной линии к мощности, ответвленной в рабочее плечо 4 вспомогательной линии:

А14 = 101g Р1/Р4.

Направленность представляет собой выраженное в децибелах отношение мощностей на выходе рабочего 4 и нерабочего 3 плеч вторичной линии

А43 = 101g Р4/Р3.

Выход нерабочего плеча вторичной линии всегда нагружается на согласованную нагрузку.

Р1 Р2

1 Основная линия 2

3 4

Вспомогат. линия

Р3 Р4

Схема направленного ответвителя.

Шлейфные направленные ответвители (НО).

Они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длинны и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи.

С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух – и трехшлейфные НО.

в/4

Y2 Y0

1 3

Y1 Y1

A A

2 4

Y0 Y2 Y0

Шлейфный направленный ответвитель в виде квадрата.

2. Основной расчёт.

   1. Выбор материала для диэлектрической подложки.

Исходя из дополнительных условий (минимальные габариты) нужно выбрать такой материал, у которого диэлектрическая проницаемость () максимальная, а tg - минимальный. Также должен соблюдаться диапазон рабочих температур.

На основании вышесказанного выберем керамику, имеющую следующие параметры.

2. Расчёт на компьютере

Шлейфовый направленный ответвитель

Исходные данные:

Длина волны л (См) 3.00000

Волновое сопротивление (Ом) 50.00000

Диэлектрическая проницаемость материала 10.30000

Толщина токоведущей полоски (мм) 0.03500

Толщина подложки (мм) 1.50000

+- DF/F0 (%) 1.00000

Результаты расчета:

Эффект. Диэлектрическая проницаемость 7.05203

Длина волны в линии на ср. частоте диап. (См) 1.12970

Длина отрезков полоскового волновода (См) 0.28243

Длина шлейфа (См) 0.25418

Ширина отрезков полосковых линий (мм) 2.31461

Ширина плеч подводящих линий (мм) 1.36813

Рабочее затухание (дБ) 2.47703

Переходное ослабление (дБ) 3.49194

Коэффицент деления мощности (дБ) 0.91515

При F=FN (дБ) С34 = -35.99067

При F=FB (дБ) С34 = -36.16438

Центральная частота диапазона (ГГц) 8.27444

Чертёж рассчитанной выше топологии НО приводится в приложении. Окончательно размеры подложки будут 15х14 мм.

3. Выбор корпуса

Так как данное полосковое устройство не имеет никаких навесных элементов, и доступ к нему нужен только с одной стороны, то целесообразно использовать корпус чашечного типа.

Чашечный корпус включает в себя: непосредственно сам корпус, переход высокочастотный, плату, резиновую про­кладку, крышку, трубку (для заполнения инертным газом), низ­кочастотный вывод, проволоку. Корпус легко изготовить фрезерованием. При серийном изготовлении можно использовать литье, штамповку, прессование из пластмассы и металлизацию гальванопласти­ческим или химико-гальваническим способом. Плата в корпусе крепится либо механическим прижимом ее ко дну корпуса с помощью винтов или других эле­ментов (например, верхней крышки при сборке конструкции на СПЛ), либо при­пайкой металлизированной экранированной стороны платы к дну корпуса (непосредственно или через компенсирующие прокладки из металлической сетки, чтобы снизить напряжения, возникающие из-за разности КТЛР).

Герметизация корпуса производится пайкой по контуру крышки и пере­ходов, заливкой щелей компаундами. При использовании пайки выполняем шов с закладкой проволоки , что обеспечивает воз­можность вскрытия корпуса при ремонте, и используем резиновую прокладку, препятствующую попаданию припоя и флюса внутрь корпуса. Сборочный чертёж корпуса приводится в приложении.

4. Список использованной литературы

1. Методические указания и задания к курсовой работе по курсу «Конструкции экранов и СВЧ устройств». Москва 1985г.

2. Полосковые платы и узлы. Пректирование и изготовление. Е. П. Котов. Сов. радио, 1979.

3. Справочник по расчёту и конструированию СВЧ полосковых устройств. В. И. Вольман. Радио и связь. 1982г.

4. Конспект лекций по дисциплине «Техническая электродинамика».