CC BY
34
Работоспособность предложенного подхода продемонстрирована на примере синтеза низкочастотного согласующего устройства с заданным отклонением фазовой характеристики от линейной аппроксимации.
Список литературы:
1. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный вестник НГТУ - 2004. - № 1 (16). - С. 155-165.
2. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры согласующих четырехполюсников // Научный вестник НГТУ - 2003. - № 2 (15). - С. 165-172.
3. Гиллемин Е.А. Синтез пассивных цепей - М.: Связь, 1970.
4. Девятков Г.Н., Проскурняк В.В. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств с линейной фазовой характеристикой при произвольных импедансах на базе Microwave Office // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2010): Материалы 10-ой международной науч.-техн. конф. - Новосибирск, НГТУ 2010. - Т. 4. - С. 109-112.
СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ТРЕХ СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ1
© Девятков Г.Н.*, Протасова М.В.Ф
Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск
Рассмотрено согласующе-симметрирующее устройство на связанных линиях передачи, получена его математическая модель, найдены условия идентичности передачи сигнала в плечи. В качестве примера проведен синтез и моделирование согласующе-симметрирующего устройства в полосе нормированных рабочих частот 0,7-1,3 с модулем коэффициента отражения по входу не более 0,2 для различных сопротивлений нагрузок.
Ключевые слова: симметрирующее устройство, согласование, связанные отрезки линий передачи.
Введение
Симметрирующие устройства - это основные компоненты во многих коммуникационных устройствах, таких как балансный смеситель, двухтактный усилитель, антенные системы и др. Основные функции симметрирующего устройства - это симметрирование и согласование. Важнейшими ха-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (Госзадание № 8 337 2014/К).
* Профессор кафедры Конструирования и технологии радиоэлектронных средств, доктор технических наук, доцент.
* Аспирант кафедры Конструирования и технологии радиоэлектронных средств.
рактеристиками симметрирующего устройства являются широкополосность, уровень модуля коэффициента отражения в полосе пропускания. Одной из современных тенденций развития симметрирующих устройств является миниатюризация конструкции данных устройств.
Известно, что наиболее компактными являются симметрирующие устройства на связанных отрезках линий передачи, при этом они могут совмещать в себе функции симметрирования и согласования нагрузок.
Наиболее простым и широко применяемым является симметрирующее устройство Маршанда [1]. Это устройство состоит из двух отрезков связанных четвертьволновых линий передачи. Недостаток данного устройства - это большие габариты. С целью улучшения рабочих параметров и уменьшения габаритов симметрирующие устройства претерпели ряд изменений [2-4]. В источнике [4] описано миниатюризированное симметрирующее устройство на двух связанных отрезках линий передачи длиной ^/д. Недостаток данного устройства - узкая полоса пропускания.
Симметрирующие устройства на трех связанных линиях передачи более сложны в проектировании, но зато более компактны и имеют достаточно хорошие рабочие характеристики. В источнике [5] предложен аналитический метод синтеза симметрирующих устройств на трех связанных отрезках линий передачи. Следует отметить, что предложенный метод представляет собой достаточно сложную математическую процедуру и требует высокой квалификации разработчика.
Целью данной работы является разработка численного метода синтеза, который позволил бы в интерактивном режиме синтезировать согласующе-симметрирующие устройства на отрезках связанных линий передачи в заданной полосе рабочих частот.
Постановка задачи
Структурная схема симметрирующего устройства на трех связанных отрезках линий передачи приведена на рисунке 1, где Кг и Ян - сопротивления генератора и нагрузки соответственно, линии а, Ь и с могут быть разной
Лч
I
/г,
Рис. 1. Симметрирующее устройство на трех связанных линиях передачи
При разработке метода синтеза ограничимся случаем, когда емкость связи между линиями а и с равна нулю, тогда параметры устройства полно-
ширины.
стью определяются проводимостями четного Yoea, Yoe, Yoec и нечетного Yooa, Yooc типов возбуждения.
Теория
Математическая модель симметрирующего устройства
Для нахождения математической модели данного устройства применяется метод декомпозиции, т.е. разбиваем данное устройство на два простых устройства, приведенных на рис. 2, где 0 = п / 2 - электрическая длина, yooa,
yoo", yoob, yoob - проводимости нечетного типа возбуждения, а yoea, yoea, yoeb, yoeb - проводимости четного типа возбуждения отрезков связанных линий передачи a', b', a ", b ".
Рис. 2. Два простых устройства на отрезках связанных линиях передачи
Будем строить математическую модель симметрирующего устройства в у - матричном представлении, так как это позволяет получать более удобные в практичном отношении реализации. Для этого находим системы уравнений каждой секции устройства (рисунок 2), затем объединяем их в одну. Полученная математическая модель симметрирующего устройства на трех связанных отрезках линиях передачи имеет вид:
(1)
V1 а\ а' V ' Ъ\ Ъ' ' а' а' ' Ъ' Ъ' V " а" , а" Где =Уоо +Уое , _ £Ь =Уоо +Уое , _Ра =Уоо -Уое , РЪ =Уоо _ -Уое , =Уоо +Уое ,
£ь"=УооЪ"+УоеЪ", Ра =Уооа "-Уоеа ", Ръ" =Уоо "-Уог \ Б =]^тв.
Анализ работы симметрирующего устройства
Несмотря на очевидное достоинство данного устройства - широкополос-ность, коэффициенты прямой передачи сигнала на выходы симметрирую-
щего устройства не равны, так как у21 Ф у31, что следует из полученной у -матрицы устройства (1), следовательно, данное устройство не выполняет свою основную функцию симметрирования.
В результате проведенного анализа математической модели устройства были определены условия, при которых обеспечивается на всех частотах равенство коэффициентов передачи сигнала в прямом направлении (у21=у31) с разностью фаз в 180 градусов:
^ - = ^ - = = -^ь,
(2) (3)
Результирующая матрица проводимостей симметрирующего устройства с учетом вышеприведенных условий имеет следующий вид:
(4)
Полученные условия (2), (3) - это основные соотношения, которые должны быть выполнены при синтезе широкополосных согласующе-симметри-рующих устройств на трех связанных четвертьволновых отрезках линий передачи.
Данной информации достаточно для определения параметров согла-сующе-симметрирующих устройств на отрезках трех связанных линий передачи (рисунок 1):
(5)
Синтез широкополосного согласующе-симметрирующего устройства
В работе [6] приводится численный метод синтеза широкополосных со-гласующе-симметрирующих устройств с общих позиций, который базируется на синтезе согласующей цепи [7].
Тогда с использованием результатов работы [6], задача синтеза данного устройства сводится к задаче синтеза эквивалентного четырехполюсника, что позволяет уменьшить количество математических выкладок и упростить решение задачи.
С помощью формул преобразования [6] переходим к математической модели эквивалентного четырехполюсника и по этой модели строим структуру четырехполюсника.
УнОО = уЛОО
У22ОО -УгзО) = 2 ■ >'|2 (я )
>'21 СЮ
(6)
где уп(5), у22(5), у21(в), у2з(в) - элементы у - матрицы симметрирующего устройства, у112(в), у222(в), у212(в) - элементы у - матрицы эквивалентного четырехполюсника. Далее проводим его синтез в рамках двухэтапной процедуры [7], где на первом этапе строится начальное приближение, т.е. уточняется структура его собственных функций и находятся начальные значения ее параметров, а на втором - находится оптимальное решение в заданной полосе рабочих частот. Результирующая у - матрица широкополосного согласующе-симмет-рирующего устройства на трех связанных отрезках линий передачи определяется с помощью обратных эквивалентных преобразований (6) и с использованием соотношений (5) определяются параметры согласующе-симметрирующего устройства на отрезках трех связанных линий передачи (рисунок 1).
В качестве примера рассмотрим синтез согласующе-симметрирующего устройства в полосе нормированных рабочих частот 0,7-1,3. Внутреннее сопротивление генератора Яг = 1, сопротивление нагрузок Ян = 0,5.
Вначале синтезируется эквивалентный четырехполюсник, согласующий в заданной полосе рабочих частот заданные сопротивления генератора и нагрузок. В результате получаем у - матрицу эквивалентного четырехполюсника, которая имеет вид:
(7)
С помощью обратных эквивалентных преобразований находится матрица проводимостей согласующе-симметрирующего устройства (4):
У —
3.722 -2.444 2.444
25 -2,444 2Б' 5,133 25' 0 5.133
25' 2,444 25 0
25' 25
(8)
и с использованием соотношений (5) определяем параметры согласующе-симметрирующего устройства на отрезках трех связанных линий передачи (рисунок 1) приведены в таблице во втором столбце.
Для иллюстрации возможностей метода синтеза был проведен синтез согласующе-симметрирующих устройств для различных значений сопротивлений нагрузок.
Таблица 1
Полученные значения проводимостей четного и нечетного типа возбуждения для различных значений сопротивлений нагрузок
Ин = 0,5 Ин = 1 И II 5 И = 2
у а 1 ов 1,220 0,870 0,706 0,612
уЬ 1,430 0,560 0,714 0,818
ус 1 ов 3,220 0,950 0,806 0,712
уа 1 оо 1,980 1,930 1,994 1,988
ус Л оо 5,660 2,690 2,218 1,936
Результаты эксперимента
Моделирование синтезированных согласующе-симметрирующих устройств на трех связанных линиях передачи было проведено в программе МаШСАБ.
В результате моделирования были получены частотные характеристики: для Ян = 0,5 приведены на рисунках 3, 4, 5; для Ян = 1 - на рисунках 6, 7; для Ян = 1,5 - на рисунках 8, 9; для Ян = 2 приведены на рисунках 10, 11. График разности фаз выходных сигналов для всех значений нагрузки имеет идентичный вид, как на рисунке 5 для Ян = 0,5.
f
Рис. 3. Модуль коэффициента отражения по входу Ян = 0,5
Рис. 4. Модули коэффициентов передачи по напряжению в плечи Ян = 0,5
Э.Шг-1-г
3144"
[ЩД-ЬВД13.142 ;_
3 143138'--'г
18 :
Рис. 5. Разность фаз выходных сигналов Ян = 0,5
о_8 : си :
:" í
Рис. 7. Модули коэффициентов передачи сигнала Ян = 1
1,5
Рис. 9. Модули коэффициентов передачи сигнала Ян = 1,5
Рис. 10. Модуль коэффициента отражения по входу Ян = 2
Рис. 11. Модули коэффициентов передачи сигнала Ян = 2 Заключение
Разработан метод автоматизированного синтеза, который позволяет синтезировать широкополосные согласующе-симметрирующие устройства на трех связанных отрезках линий передачи при различных сопротивлениях нагрузок. Приведенные численные примеры подтверждают корректность предложенных математических процедур. Метод позволяет разработчику активно вмешиваться в процесс синтеза и в реальном масштабе времени находить оптимальные решения.
Список литературы:
1. Marchand N. Transmission-Line Conversion Transformers // Electronics, Vol. 17, pp. 142-146, Dec. 1944.
2. Zhen-Yu Zhang, Yong-XinGuo, L.C. Ong, M.Y.W. Chia. A New Planar MarchandBalun // IEEE Transaction, 2005.
3. Daniela Straiculescu, Nathan Bushyager, Ade Obatoyinbo. Design and Optimization of 3D Compact Stripline and Microstrip Bluetooth/WLAN BBalun Architectures Using the Design of Experiments Technique // IEEE Trans, 2004.
4. Ching-Ian Shie, Yu-Han Pan, Kuo-Sheng Chin, Yi-Chyun Chiang. A Miniaturized MicrostripBalun Constructed With Two I / 8 Coupled Lines and Redundant Line // IEEE Trans, 2013.
5. Hong-Ming Lee, Chih-Ming Tsai. Exact synthesis of broadband three-line baluns. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techn. vol. 5 7, № 1, January 2009 pp.140-148.
6. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согла-сующе - симметрирующих устройств // Научный вестник НГТУ - 2006. -№ 1 (22). - С. 61-70.
7. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный вестник НГТУ - 2004. - № 1 (16). - С. 155-165.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ КОРРОЗИИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ОПТИМИЗАЦИИ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ КАРАКУДУК
© Жарылгасынова Г.М.*
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
В статье рассматриваются антикоррозионные мероприятия в промысловой практике месторождения Каракудук, а также предлагаются методы их оптимизации.
Ключевые слова коррозионное разрушение, пакерирующие устройства, ингибиторы, сточные воды, растворенные газы.
В географическом отношении месторождение Каракудук расположено в юго-западной части плато Устюрт. По административному делению месторождение относится к Мангистаускому району Мангистауской области Республики Казахстан [1].
* Магистрант.
