CC BY
0Исследование резистивных согласованных нагрузок на основе НЛП
И.Ш.Бахтеев,* С.Ю.Молчанов, В.М.Муравьев
ИФТТРАН им. Ю.А. Осипьяна, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика
Осипьяна, д.2
*e-mail: b1984h@yandex.ru
Коаксиальные нагрузки, предназначенные для поглощения электромагнитной (ЭМ) энергии СВЧ частот, являются одними из основных элементов не только различных систем связи и измерительных систем, но также применяются для калибровки векторных анализаторов цепей (ВАЦ) в стандартных коаксиальных сечениях 7/3,04, 3,5/1,52, 2,92/1,27, 2,4/1,042 и др.
В работе подробно рассмотрен и исследован вариант цилиндрического резистора с разными законами изменения профиля согласования волнового сопротивления. Для этого была построена упрощенная модель коаксиальной нагрузки, включающая только основные элементы. Модель с цилиндрическим резистором представлена на рис. 1.
В литературе [1, 2] описаны следующие законы изменения профиля D(x): 1) экспоненциальный:
п
1
с ^ а
с1
Рис.1. Модель коаксиальной нагрузки с цилиндрическим резистором.
0(х) = йе60(1р-1р) (1)
где ё-диаметр внутреннего проводника, Я - сопротивление СВЧ-резистора, равное
волновому сопротивлению подводящей линии, I' - компенсационный зазор. 2) дробно-рациональный:
Оо
1р
0(х) =
1+
(ГО
1)11
х-С
длина резистивного слоя,
(2)
где Бо - внешний диаметр проводника
3) линейный:
0(х) = Б0 + (й
4) полиномом третьей степени:
Я(х) = 00 -а(1- £-1)- (3(А, -Л)- (2А + В)) (1 -(2(Яо-Ю-(А + В))(1-0У
(3)
+
(4)
\ 1р 1р/
где А, В -коэффициенты полинома третьей степени
Из всех представленных законов изменения профиля D(x) самыми оптимальными являются экспоненциальный и полином третьей степени. Экспоненциальный оптимально применять при длинах резистивного слоя больше 10 мм для коаксиального сечения 7/3,04 мм. Для цилиндрического резистора С6-3 у которого длина резистивного слоя равна 8,4 мм лучше подходит профиль, соответствующий полиному третьей степени.
2
Проведя моделирование в диапазоне длин резистивного слоя ^=5..13 мм были получены следующие оптимальные значения коэффициентов полинома третьей степени при значении диэлектрической проницаемости подложки резистора 8=6,8 и компенсационным зазором = 0,5 мм.
1р 5 6 7 8 9 10 11 12 13
А 7,098 4,557 3,584 3,239 3,144 3,133 3,132 3,15 3,151
В 8,27 4,54 2,95 2,2 1,82 1,61 1,47 1,39 1,325
Аппроксимируя расчетные точки коэффициентов полинома третьей степени с помощью линейной регрессией, следующего вида:
— + 1р + 1р
Можно получить следующие уравнения зависимости коэффициентов от длины резистивного слоя:
А(1р) — 3,475 + 80,075/-2 + 4298/-4 В(1р) — 1.216 + 8,05/-2 + 4622/-4 Подставляя найденные уравнения в полином третьей степени, получим оптимальное уравнение профиля для коаксиального сечения 7/3,04 мм:
Г>Г Л П i Q лчс I 80,075 4298
д4)(1 ^
13218 \ W (гр-гр)4/ )
+
3(D0 _ d) _ ( 8,166 _
2(D0 _ d) _ ( 4,691
88,125
+ ■
(ip-'p) Cp
8920 пЛ *-г?Л
168,2 3
+
(5)
Полученные частотные зависимости коэффициента отражения от длины резистивного слоя для разных профилей согласования с оптимальными
компенсационными зазорами представлены на рис. 2.
Аналогичным методом можно получить оптимальное уравнение профиля на основе полинома третьей степени для других коаксиальных
сечений.
Рис.2 Зависимости коэффициента отражения от длины резистивного слоя для разных видов закона изменения профиля с оптимальными компенсационными зазорами
Литература
[1] Tag A., Leinhos J. Design, simulation, and fabrication of broadband coaxial matched loads for the frequency range from 0 to 110 GHz // International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Volume 6, Issue 3-4: European Microwave Week 2013, June 2014, pp. 297 - 304.
[2] Сверхширокополосные микроволновые устройства / А. М. Богданов [и др.]; ред.: А.П. Креницкий, В. П. Мещанов. - М.: Радио и связь, 2001. - 560 с.
