Jump to content

    
Sign in to follow this  
Shura_jj

Общая задача широкополосного согласование в СВЧ

Recommended Posts

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: pam@psati.ru, pam_123@mail.ru).

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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 :)

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
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

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites
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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ульрих Титце Кристоф Шенк Полупроводниковая схемотехника Том II

стр 685 "Согласование с помощью полосковых линий"

Может прояснить картинку

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this