Перейти к содержанию
    

Общая задача широкополосного согласование в СВЧ

Здравствуйте, товарищи!

 

Хотелось бы разобраться с задачей согласования комплексного импеданса/адмиттанса (нагрузки) с линией передачи СВЧ в полосе частот. Задача интересует в общем виде, т.е. без привязки к конкретному типу линии.

 

Итак. Имеем некоторую кривую на диаграмме Смита, соответствующую изменению значения импеданса (или адмиттанса) нагрузки в полосе частот с перекрытием, скажем, <10% (узкополосный случай). Для упрощения - кривая из 3х точек, средняя соответствует центральной частоте f0, боковые границам f- и f+. Также имеем линию с волновым сопротивлением Z0=1/Y0, с которой эту нагрузку нужно согласовать и круг КСВ на диаграмме Смита, в который нужно вписаться.

Рассматриваю решение задачи исключительно с использованием цепей с распределёнными параметрами: последовательных (трансформаторов) и параллельных шлейфов. Как строить СУ на основе индуктивностей и ёмкостей мне предельно ясно.

Я понимаю, что эта задача более чем тривиальная, даже классическая, однако я туплю уже несколько дней, и не могу понять, так сказать, в чём фишка.

 

 

Описываю алгоритм своих действий. Для примера использую кривую импедансов. Вначале пересчитываю сопротивления в проводимости (получившуюся кривую проводимостей наношу на диаграмму Смита, которую сразу отображаю и по сопротивлениям и по проводимостям - программа SmithChart v3), и беру центральную частоту f0. Далее понимаю, что если имеем комплексный адмиттанс, то необходимо:

а) привести вещественную его часть к волновой проводимости линии, чтобы Gн(f0)=Y0,

б) скомпенсировать мнимую часть, чтобы Bн(f0)+Bсу(f0)=0, где Bсу - компенсирующий реактанс согласующего устройства.

 

Для согласования вещественных частей использую последовательный трансформатор с волновой проводимостью Yтр=Y0, включаю его вплотную к нагрузке, а длину (угловую по диаграмме Смита, а после пересчитываю в линейную через коэффициент K0=2Pi/lambda0, не помню как называется) подбираю такой, чтобы результирующее G(f0)=Y0. Есть. Теперь, смотрю что стало с мнимой частью B(f0), поскольку, если тр-р используем не чтвертьволновый, то он изменяет также и исходное Bн. Зная итоговое B нахожу угловую длину параллельного шлейфа (КЗ или ХХ), после чего пересчитываю её в линейную. Все, на f0 я нагрузку к линии привёл!

 

Далее я перехожу к полосе частот с крайними f- и f+. Для них я также нахожу коэффициенты K- и K+ по агалогии с K0 и полученные угловые значения длин трансформатора и шлейфа домножаю на K0/K- для f- или K0/K+ для f+ соответственно. Получаю приведённые (трансформированные) значения адмиттансов для крайних частот, наношу их на диаграмму Смита и проверяю входят ли они в необходимый круг КСВ. Обычно для значений перекрытия f+/f- больше ~5% и допустимого КСВ<1.2 не входит :laughing: Поэтому далее я не ограничиваюсь одним Г-звеном из последовательного и параллельного шлейфов, а ввожу 2 и более звеньев, каждое из которых изменяет значение комплексной проводимости меньшими скачками, чем одно звено (как описано выше). При этом (как я понимаю из литературы, уже не помню из какой конкретно) чем больше звеньев мы используем, тем ближе геометрически будут приведённые точки f- и f+ к f0, и соответственно таким образом мы должны добиться, чтобы они (и кривая их соединяющая) уместилась в круге КСВ. В принципе это логично!

 

НО!!!!! почему то в моём случае, длина этой кривой НЕ уменьшается (не сворачивается) с ростом числа звеньев согласующего устройства и в круг КСВ я ессно не попадаю! :wacko:

 

В принципе, всё, что я описал может быть посчитано не руками, а, например, в программе SmithChart.

На рисунке я показал на примере свой трабл. Диаграммы приведены нормированные: в центре, КСВ=1 соответствует значение Z0=Y0=1+j0.

Согласование одним звеном

post-21941-1351669183_thumb.jpg

 

Согласование двумя звеньями

post-21941-1351669199_thumb.jpg

 

Итак, резюмирую свои вопросы:

1) что я делаю не так???

2) не могли бы вы поделиться чётким алгоритмом согласования для решения подобной задачи, который используете? Если вложите маткадовский файлик будет ваще супер! (мыло: [email protected], [email protected]).

3) не могли бы вы посоветовать хорошую практическую литературу (без общей теории, а с конкретными примерами задач) по задачам согласования? Можно на английском и т.д. - не принципиально! Главное суть!

 

___________

 

С благодарностью за терпение при прочтении моей "поэмы"

и с большой признательностью за оказанную помощь,

Александр.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Shura_jj

НО!!!!! почему то в моём случае, длина этой кривой НЕ уменьшается (не сворачивается) с ростом числа звеньев согласующего устройства и в круг КСВ я ессно не попадаю!

Если книжки с теорией читать неохота, то осознанное решение вы не получите. Широкополосное согласование комплексной нагрузки в диапазоне частот не происходит автоматически при увеличении числа согласующих звеньев. Они еще должны иметь определенные характеристики. Это ищите в книжках.

Если разбираться неохота, то запускайте оптимизационную процедуру в любом из доступных вам моделировщике. Например, в AWR. Или описывайте S11 вашей цепи в каком-нибудь математическом пакете, например Mathcad, Maple или Matlab, опять же запускайте оптимизацию и бог вам в помощь.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Фельдштейн, Явич. Главы 3 и 4.

В общем случае так (теоретически, но у меня получалось в 2х точках) -

для узкополосного согласования в N точках может быть достаточно N неоднородностей, например трансформаторов.

Т.е. берем N матриц передачи (стр. 76 тех же авторов, правда там есть опечатка :) ), перемножаем их. Нагружаем на соответствующую нагрузку и получаем 2N уравнения с 2N неизвестными.

Они нелинейные. Если удается их решить - то хорошо :)

 

вот... а узкополосное согласование на одной частоте чем-либо не подразумевает, что оно останется, если на другой частоте опять чем-то согласовать. (во завернул :)

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Здравствуйте, товарищи!

 

Хотелось бы разобраться с задачей согласования комплексного импеданса/адмиттанса (нагрузки) с линией передачи ....

Нечто подобное обсуждалось тут и тут1

но подход был несколько другой

sogl_ustr.zip

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

diwil

andreysar

felix2

 

Спасибо всем за советы! Я обязательно их учту!

 

diwil

Фельдштейн, Явич. Главы 3 и 4.

Да, я уже скачал и читаю её!

 

для узкополосного согласования в N точках может быть достаточно N неоднородностей, например трансформаторов.

Т.е. берем N матриц передачи (стр. 76 тех же авторов, правда там есть опечатка ), перемножаем их. Нагружаем на соответствующую нагрузку и получаем 2N уравнения с 2N неизвестными.

Они нелинейные. ..

 

Ага, вдобавок трансцендентные..(( но в любом случае решаемы численно. Вчера кстати прочитал об интересном методе решения нелинейных уравнений и систем уравнений: методе Драгилева. Если заинтересует, вот ссылка на статью.

 

узкополосное согласование на одной частоте чем-либо не подразумевает, что оно останется, если на другой частоте опять чем-то согласовать

 

Конечно, я это понимаю! Пусть имеем N точек. На 1-й согласовываем, после на следующей, итд, на N-ной. При этом в точках k=1...N-1 согласование уходит, ксвн увеличивается. Я делаю в них сразу с некоторым запасом, чтобы эти предыдущие точки заведомо уместились в нужный круг ксвн.

 

andreysar

 

Спасибо за ссылку на брошюру, буду искать и штудировать, такой ещё не видел.

 

felix2

 

Если книжки с теорией читать неохота...

 

Не прочитав книжки с теорией, я бы не свыполнил согласование даже на одной резонансной частоте, что там о полосе говорить.

 

Если разбираться неохота, то запускайте оптимизационную процедуру в любом из доступных вам моделировщике. Например, в AWR. Или описывайте S11 вашей цепи в каком-нибудь математическом пакете, например Mathcad,

 

Да кто сказал что неохота мне разбираться то!?

Вы так пишите, какбудто я задал вопрос типа: "Ой ребят, мне вот тут согласовать надо одну железку с другой, не знаете как это делаеццо?"

 

А применять AWRы, CSTы всякие там Ansoftы это тупо, поскольку помогает только в частных случаях, ИМХО. Оптимизация - это же тупая математическя процедура, она думать не умеет как мы, человеки... Щас получицца, а в следующий раз при др. данных встряну, ну и нафиг это надо...

 

В любом случае всем пасибо большое, но пока задачу не решил ещё! Вот пробую ещё метод "компенсации реактивности по плюсу" и минусу. Есть такой оказывается. Заключается в том, чтобы взяв крайнюю точку диапазона согласовать в ней, вводя два параллельно включенных параллельных шлейфа одного типа. Для меня было загадкой - почему два, ведь можно и один подобрать с соответствующей реактивностью. А для того, чтобы ввести доп. условие: результирующая реактивность на центральной частоте= нулю! Вот, тоесть такая комбинация вносит нужную реактивность на крайней частоте, а на центральной не вносит совсем. Конечно на второй крайней тоже вносит, но тут уже ничего не поделаешь, её компенсировать необходимо введением такой дже комбинации по минусу. Вот так и согласовывать- итерационно, методом последовательных приближений... Вот.

_____

 

С уважением,

Александр

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Экспотенциальный переход, у нас так согласование в широкой полосе, 50 Ом гетеродин и балансный смеситель.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Если я правильно понимаю Вашу проблему, то Вы пытаетесь согласовать комплексные импедансы в полосе частот с помощью реактивных элементов. Если так, то у Вас и не должно получаться. Реактивными элементами можно согласовать импедансы идеально только на одной частоте. В полосе частот теоретически не может быть идеального согласования комплексных импедансов независимо от количества звеньев.

Вот в книге "от Матфея" подробно.

Маттей Д.Л. Янг Л. Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласущие цепи и цепи связи. 1972г.

Или первоисточник знания - классическая работа Фано Microwave filters using quarter-wave couplings.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Как говорилось выше - широкополосное согласование комплексной нагрузки в диапазоне частот не происходит автоматически при увеличении числа согласующих звеньев. Но, для увеличения широкополосности можно попробывать использовать диплексеры и триплексеры для поддиапазонов частот.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Как говорилось выше - широкополосное согласование комплексной нагрузки в диапазоне частот не происходит автоматически при увеличении числа согласующих звеньев. Но, для увеличения широкополосности можно попробывать использовать диплексеры и триплексеры для поддиапазонов частот.

Такие фокусы, к сожалению, не проходят.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ульрих Титце Кристоф Шенк Полупроводниковая схемотехника Том II

стр 685 "Согласование с помощью полосковых линий"

Может прояснить картинку

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...