CC BY
49
Исследование направленного ответвителя на связанных полосковых
линиях
112 1 А.В.Андрианов , Д.Е.Губарев , А.Н.Зикий , В.Г Сленчковский
1 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог 2 Южный Федеральный Университет, Таганрог
Аннотация: Проведено исследование направленного ответвителя диапазона 1-4ГГц. Дано описание конструкции на симметричной полосковой линии с боковой связью. Проведено моделирование амплитудно-частотных характеристик с помощью пакета MicrowaveOffice. Экспериментально исследован макет направленного ответвителя, получены следующие результаты: рабочее затухание не превышает 1,7 дБ, переходное ослабление не превышает 10 дБ.
Ключевые слова: Направленный ответвитель, амплитудно-частотная характеристика, неравномерность, симметричная полосковая линия.
Направленные ответвители (далее НО) широко используются на входе приемника для ввода контрольного сигнала, и на выходе передатчика для контроля выходной мощности, поэтому их исследование является актуальным.
Объектом исследования является направленный ответвитель на симметричной полосковой линии с боковой связью [1-3]. Методика расчета такого НО достаточно хорошо известна [1-3], в то же время результаты моделирования и эксперимента опубликованы недостаточно.
Конструкция
Направленный ответвитель выполнен на симметричной полосковой линии [1]. Топология его проводников представлена на рис. 1. НО размещен в корпусе чашечного типа с внутренним размером 69,2х82,3х9 мм. Корпус изготовлен из латуни методом фрезерования и покрыт слоем серебра. В качестве соединителей использованы 4 гнезда (коаксиально-полосковых перехода) типа IV по ГОСТ20265. В качестве диэлектрикаиспользован
фторопласт-4 толщиной 4,5 мм[4]. Проводники выполнены из меди и покрыты серебром. Корпус закрывается крышкой из латуни толщиной 2мм.
Крышка привинчивается к корпусу 11 винтами М2,5, распределенными по периметру как показано на рис. 1. Отсутствие двух-трех винтов из 11 приводит к провалам в АЧХ, поэтому их завинчивание перед испытанием является обязательным.
Геометрические размеры НО можно вычислить, пользуясь книгой [2]. В качестве исходных взяты следующие данные :
— центральная частота 3ГГц;
— диэлектрическая постоянная е=2;
— расстояние между полоском и крышкой Н1=Н2=4.5 мм;
— коэффициент связи минус 8 дБ (переходное ослабление). Результаты расчета приведены в таблице 1.
Рис. 1- Фото направленного ответвителя со снятой крышкой и верхней пластиной фторопласта
Таблица 1
Геометрические размеры НО
Наименование параметра,размерность Расчет Моделирование Эксперимент
Диэлектрическая проницаемость 2 2 2
Коэффициент связи (переходное ослабление), дБ -8 -8 -8
Растояние между полоском и крышкой, мм 4,5 4,5 4,5
Длина области связи, мм 17,6 17,6 17,6
Зазор в области связи, мм 0,6 0,6 0,6
Ширина полосковой линии в области связи, мм 4,4 4,4 4,4
Ширина подводящих полосковых линий, мм 6,6 6,6 6,6
Растояние между крышками, мм 9 9 9
Внутренние размеры корпуса, мм - - 69,2х82,3х9
Наружные размеры корпуса, мм - - 99х84х14
Толщина полосковой линии, мм 0,5 0,5 0,5
Моделирование
Моделирование НО проводилось в пакете прикладных программ MicrowaveOffice [5-6]. Модель НО представлена на рис.2, а амплитудно-частотные характеристики на рис.3. Исходные данные для моделирования взяты из таблицы 1.
Рис. 2- Модель НО для анализа Б21
-1 -2
-3
-5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14
- — - - - __ a- П----
у* 2995 MHz I.," '
-0.7988 dB | -A- DB(|S(2,1)|) -El- DB(|S(3,1)|)
2995 MHz -7 R7 riR
—■-Ç ?=—■— л
" - - -.
у
/
1000
2000
3000
4000
Frequency (MHz)
Рис.3- Амплитудно-частотные характеристики прямого DB(S(3,1)) и
бокового ^(2,1))каналов НО
Эксперимент
Эксперимент проводился на установке, содержащей векторный анализатор цепей типа РКА-Ь, набор кабелей и переходов, 2-х согласованных нагрузок с вилкой по типу 1УГОСТ20265-83. Измерения проводились в два этапа. На первом этапе измерялась характеристика Б 2,1, при этом порт 2 был
нагружен на согласованную нагрузку. Результат измерения приведен на рис.4. На втором этапе измерялась характеристика Б31,при этом порт 3 был нагружен на согласованную нагрузку. Результат измерения показан на рис.5.Графики на рис. 3-5 позволяют сформулировать количественные выводы.
Rle Trace/Chan Response Ma rkei/Ana lysis Stimulus Utility Help
-0.20 -0.40 -0.60 Trl S21 LoqM 0.200dB -).20dB
-1.00
дДу \/\Г
-1.40 Vl л Л f т г
\ \Л/ V v
-1.S0 -2.00 ■2.20 V V
1 >Ch1: Start 1 00000 GHz— Stop 4 00000 GHz
Cnnt CM 1 521 С RMpon» LCI
Рис. 4- АЧХ прямого канала
File Trace/Chan Response Marter/Analysls Stimulus Utility Help
-5.50 -6 00 Tr I S21 LogM 0.500dB -8.00dB
-7 00 -7 50
-8 50 -9 00 -9 50 -10 00 • 10 50
/
f 1
Ц
1 :-Ch1: Start 1.00000GHz— Stop 4.00000QH3
Com Си i Sii С Response LCL
Рис. 5-АЧХ бокового канала
Выводы
Основные характеристики НО, полученные при расчете, моделировании и эксперименте, сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Характеристики НО
Параметр НО, Задано Моделирование Эксперимент
размерность
Диапазон рабочих 1-4 1-4 1-4
частот, ГГц
Переходное ослабление, дБ 8 7,9-13 6-10
(§31)
Волновое 50 50 50
сопротивление
входа и выходов
Рабочее затухание, дБ (Б21) 2 0,2-0,8 1,7
Неравномерность ±2 ±2 ±2
переходного ослабления, дБ
Неравномерность рабочего затухания, дБ 2 0,6 1,1
Сравнение данных в таблице 2 позволяет сделать вывод о том, что все требования к НО выполняются.
Описанный в статье НО имеет большую допустимую мощность (не менее 100 Вт), что позволяет его использовать в мощных радиопередатчиках. Конструкция НО, в том числе наличие антикоррозийных покрытий допускает его применение в жестких условиях эксплуатации. При выполнении данной работы были полезны источники [7-10].
Литература
1. Светличный Ю.Н., Воробьевский Е.М. Справочник по расчету элементов СВЧ на симметричных полосковых линиях. М.: НИИЭИР, 1973. -84 с.
2. Ковалева И.С. Конструирование и расчет полосковых устройств. -М.: Сов. радио, 1974. -296 с.
3. Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. М.: Сов. радио, 1972. -232 с.
4. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь, 182.-328 с.
5. Бахвалова С. А., Романюк В. А. Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office. Учебное пособие -М.: Солон-Пресс, 2016. -152 с.
6. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. -М.: Солон-Пресс, 2003. -496 с.
7. DAS. А.С. A Compact Branch-Line Couper Using Folded Microstrip Lines//Das/ A/C/. L/Murmu. S/Dwari//IEEEMicrow/ WirelessCompon. Lett. Dec/ 2013, V.10.№7, pp. 1-3.
8. Tsai, K.-Yu. A miniaturized 3dB branch-line hibrid coupler with harmonics suppression//K.-Yu Tsai. H.-Sh. Yang, j. - H. Chen, Yi-j.E. Chen//IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. Oct. 2011. V.21, №. 10, pp. 537-539.
9. АндриановА.В., Зикий А.Н., Пустовалов А.И. Моделирование и экспериментальное исследование трактового фильтра на встречных стержнях // Инженерный вестник Дона, 2016, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2016/3778
10. Андрианов А.В., Быков С.А., Зикий А.Н., Пустовалов А.И. Моделирование и экспериментальное исследование трактового фильтра сантиметрового диапазона // Инженерный вестник Дона, 2017, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y17/4042
References
1. Svetlichnyj YU.N., Vorob'evskij E.M. Spravochnik po raschetu ehlementov SVCH na simmetrichnyh poloskovyh liniyah [The basics modelir reference for
calculation of microwave elements on a symmetric strip lines]. M.: NIIEHIR, 1973. 84 p.
2. Kovaleva I.S. Konstruirovanie i raschet poloskovyh ustrojstv. [Design and calculation of stripline devices]. M.: Sov. radio, 1974. 296 p.
3. Malorackij L.G., YAvich L.R. Proektirovanie I raschet SVCH ehlementov na poloskovyh liniyah [Design and calculation of microwave elements on strip lines]. M.: Sov. radio, 1972. 232 p.
4. Spravochnik po raschetu I konstruirovaniyu SVCH poloskovyh ustrojstv. Pod red. V.I. Vol'mana [Guide to the calculation and design of microwave strip devices]. M.: Radio isvyaz', 182. 328 p.
5. Bahvalova S.A., Romanyuk V.A. Osnovy modelirovaniya I proektirovaniya radiotekhnicheskih ustrojstv v Microwave Office [Fundamentals of modeling and design of radio devices in Microwave Office]. Uchebnoe posobie. M.: Solon-Press, 2016. 152 p.
6. Razevig V.D., Potapov YU.V., Kurushin A.A. Proektirovanie SVCH ustrojstv s pomoshch'yu Microwave Office [Fundamentals of modeling and design of radio devices in Microwave Office.Textbook]. M.: Solon-Press, 2003. 496 p.
7. DAS. A.S. A Compact Branch-Line Couper Using Folded Microstrip Lines Das A C .L Murmu. S DwariIEEE MicrowWireless Compon. Lett. Dec 2013, V.10.№7, pp. 1-3.
8. Tsai, K.-Yu. A miniaturized 3dB branch-line hibrid coupler with harmonics suppression K.-Yu Tsai. H.-Sh. Yang, j. H. Chen, Yi-j.E. Chen IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. Oct. 2011. V.21, №. 10, pp. 537-539.
9. Andrianov A.V., Zikij A.N., Pustovalov A.I. Inzhenernyj vestnik Dona, 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2016/3778
10. Andrianov A.V., Bykov S.A., Zikij A.N., Pustovalov A.I. Inzhenernyj vestnik Dona, 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y17/4042
