Направленный ответвитель на ферритовых кольцах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Направленный ответвитель на ферритовых кольцах

А.В. Андрианов1, Е.А. Баталова2, Д.Е. Губарев1, А.Н. Зикий2

1 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог 2Южный Федеральный Университет, Таганрог

2

2

Аннотация: Проведено моделирование и экспериментальное исследование направленного ответвителя с трансформаторами на ферритовых кольцах. Диапазон рабочих частот составляет от 100 до 500 МГц. Моделирование направленного ответвителя проводилось в пакете прикладных программ Microwave Office. Экспериментальное исследование проводилось с помощью векторного анализатора цепей типа «0бзор-103». Получены частотные зависимости рабочего затухания и переходного ослабления. Направленный ответвитель может быть использован в приёмо-передающей и измерительной технике.

Ключевые слова: Направленный ответвитель, рабочее затухание, переходное ослабление, развязка, схема, конструкция.

Введение

В приёмо-передающей аппаратуре и измерительной технике широко используется направленные ответвители [1-6]. В дециметровом диапазоне волн используются направленные ответвители на полосковых и микрополосковых линиях [1,2]. В миллиметровом диапазоне волн используются волноводные направленные ответвители [3]. В диапазоне метровых и более длинных волн используются направленные ответвители на сосредоточенных элементах. Объектом исследования в данной работе является направленный ответвитель на ферритовых кольцах [7]. Предметом исследования являются основные характеристики: рабочее затухание, переходное ослабление, направленность.

К направленному ответвителю предъявляются следующие требования:

- диапазон рабочих частот от 100 до 500 МГц;

- рабочее затухание не более 1,5 дБ;

- переходное ослабление 15±1,5 дБ;

- направленность не менее 30 дБ;

- волновое сопротивление 50 Ом;

- соединители - тип III по Г0СТ20265-83, гнездо;

максимально допустимая входная мощность 1 Вт.

Схема и конструкция

Схема НО приведена на рисунке 1, а основные геометрические размеры составных частей - в таблице 1.

Рис. 1. - Принципиальная схема НО

Геометрические размеры НО на ферритовых кольцах

Таблица № 1

Длина проводника, мм ,а ак ,а Я 5

Позиционное обозначение ни ин Л чд ио в п ° р п м м инин I § 1 Толовом Тр п Наименование

Щ 11 2 0,05 Полосковая линия

11 2 0,05 Полосковая линия

щ 11 2 0,05 Полосковая линия

6 2 0,05 Полосковая линия

ТР1 ТР2 Трансформаторы на ферритовых кольцах

49,9 Резистор балластный, Ом Тип С2-10-0,25

Л"1 Х3 Тип III по ГОСТ20265 Коаксиально-полосковые, переходы

15х40х 1,5 Печатная плата в трех местах соединена с корпусом

:

На печатной плате расположены 2 ферритовых кольца с обмотками, полосковые линии w1 - w4 и резистор R1 типа С2-10-0,25-49,9 Ом. Этот

резистор помещён в экран цилиндрической формы длиной 7 мм и диаметром 4 мм.

Соединители, выполненные по типу III по ГОСТ20265-83, закреплены на корпусе рамочного типа с помощью гаек. Центральный проводник соединителей x1 - x3 припаян к полосковым линиям w1 - w3 припоем ПОС61. Корпус закрывается двумя металлическими крышками с помощью двух винтов М3. Конструкция не герметична и предназначена для эксплуатации в лабораторных условиях. Фото НО со снятыми крышками можно видеть на рисунке 2.

а) б)

Рис. 2. - Фото НО со снятыми крышками: а) вид сверху; б) вид снизу

Такие НО используются в составе прибора С4-60 [7]. Широкополосность НО определяется полосой пропускания трансформаторов Тр1, Тр2.

Моделирование

Моделирование НО проводилось в пакете прикладных программ Microwave Office (MWO) [8]. Модель НО представлена на рисунке 3. Рабочее

затухание Б21 из MWO показано на рисунке 4. Переходное ослабление Б31 из MWO можно видеть на том же рисунке.

Рис. 3. - Модель направленного ответвителя в MWO

-1 -2

-4

-6

-10 -11 -12 -13 -14 -15

100

200

300

400

i-А-А— -А-А-1 ^-А-А- -А-А-1

^DB(|S(2,1)|) -B-DB(|S(3,1)|)

3-ЕЭ-ЕЭ— -В-ЕЗ-Е 3-ЕЭ-В- -В-В-Е

500

Frequency (MHz)

Рис. 4. - Рабочее затухание (S21) и переходное ослабление (S31) при

моделировании в MWO

Эксперимент

Эксперимент проводился на установке, содержащей векторный анализатор цепей типа «Обзор-103», ноутбук, согласованную нагрузку с соединителем типа III, набор кабелей. Для измерения рабочего затухания «Обзор-103» подключался к портам 1 и 2. Для измерения направленности (развязки) «Обзор-103» подключался к портам 2 и 3. Неподключенный к «Обзору-103» вход/выход подключался к согласованной нагрузке. Результаты измерений представлены на рисунках 5-7.

10,0

2 0

-20,0

15 ,0 200,0 25 ,0 300,0 35 ,0 40 ,0 450,0

Рис. 5. - Рабочее затухание направленного ответвителя

0,0

—- --

-20,0

150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0

Рис. 6. - Переходное ослабление направленного ответвителя

10,0

-100,0

15 ,0 20 ,0 25 ,0 30 ,0 35 ,0 40 ,0 45 ,0

Рис. 7. - Направленность ответвителя в полосе от 100 до 500 МГц

Выводы

В таблице 2 приведены основные электрические параметры

направленного ответвителя при моделировании и в эксперименте.

Таблица № 2

Основные параметры ответвителя

Наименование параметра, размерность Задано Моделирование Эксперимент

Диапазон рабочих частот, МГц 100-500 100-500 100-500

Рабочее затухание, дБ 1±0,5 1,3 1,25±0,25

Переходное ослабление, дБ 15±1,5 13,8 14,5±0,7

Волновое сопротивление входа/выходов, Ом 50 50 50

Соединитель по Г0СТ20265-83 Тип III Тип III Тип III

Максимально допустимая входная мощность, Вт 1 - -

Направленность, дБ >30 - 31

Из этой таблицы видно, что все заданные параметры ответвителя достигнуты.

При выполнении данной работы были использованы книги [3-8], статьи [9,10], а также предыдущая работа авторов [1].

Литература

1. Андрианов А.В., Губарев Д.Е., Зикий А.Н., Сленчковский В.Г. Направленный ответвитель на связанных полосковых линиях // Инженерный вестник Дона, 2018, № 4 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5266

2. Пищенко М.Г., Пищенко Д.Г., Мануилов М.Б. Сверхоктавный полосковый направленный ответвитель для работы на высоком уровне мощности // Инженерный вестник Дона, 2018, № 4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5239

3. Шаров Г. А. Волноводные устройства сантиметровых и миллиметровых волн. - М.: Горячая линия - Телеком, 2016. - 640 с.

4. Лондон С.Е., Томашевич С.В. Справочник по ВЧ трансформаторным устройствам - М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.

5. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие - М.: Радио и связь, 1987. -320 с.

6. Ред Э. Справочное пособие по ВЧ схемотехнике - М.: Мир, 1990. -256 с.

7. Анализатор спектра С4-60. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЕЭ1.406.05ТО. Часть 2. (Приложения). - 228 с.

8. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office - М.: Солон-Пресс, 2003. - 496 с.

9. DAS. A.C. 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.

10. Tsai, K.-Yu. A miniaturized 3dB branch-line hybrid 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.

References

1. Andrianov A.V., Gubarev D.E., Zikiy A.N., Slenchkovskiy V.G. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, № 4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5266

2. Pishchenko M.G., Pishchenko D.G., Manuilov M.B. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, № 4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5239

3. Sharov G.A. Volnovodnye ustroystva santimetrovykh i millimetrovykh voln [Waveguide centimeter and millimeter waves]. M.: Goryachaya liniya Telekom, 2016. 640 p.

4. London S.E., Tomashevich S.V. Spravochnik po VCh transformatornym ustroystvam [Handbook of RF Transformer Devices]. M.: Radio i svyaz', 1984. 216 p.

5. Shumilin M.S., Kozyrev V.B., Vlasov V.A. Proektirovanie tranzistornykh kaskadov peredatchikov [Transistor Transmit Stage Design]. Uchebnoe posobie M.: Radio i svyaz', 1987. 320 p.

6. Red E. Spravochnoe posobie po VCh skhemotekhnike[Reference RF circuit design] M.: Mir, 1990. 256 p.

7. Analizator spektra S4-60. Tekhnicheskoe opisanie i instruktsiya po ekspluatatsii [Spectrum analyzer C4-60. Technical specification and maintenance instruction]. EE1.406.05T0 Part 2. (Prilozheniya). 228 p.

8. Razevig V.D., Potapov Yu.V., Kurushin A.A. Proektirovanie SVCh ustroystv s pomoshch'yu Microwave Office [Designing microwave devices with Microwave Office] M.: Solon-Press, 2003. 496 p.

9. DAS. A.C. 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.

10. Tsai, K. Yu. A miniaturized 3dB branch-line hybrid 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.