Jump to content

    

Программы расчёта согласующих цепей

Сейчас на рынке много ЧИПов, выполняющих роль выходного у-ля ВЧ канала. Например в диапазоне 2,5 ГГц. В даташите записана выходная мощность ЧИПа на нагрузке 50 Ом. Чип расположен на печ. плате и от него надо кабельком подвести мощность к антенне, расположенной на корпусе устройства. Сейчас многие пользуют спиральные антенны, которые имеет небольшие размеры на 2.5 ГГц - порядка 3 см в длину и соединение в виде СМА штекера. Проблема в том, что параметры такой антенны меняются в очень широких пределах в зависмости от места расположения на корпусе прибора, его размеров, геометрии и т.д. В принципе можно поключить Network Analizer (измеритель комплексных коэффициентов передачи) с диаграммой Вольперта-Смита и измерить комплексный импеданс реальной антенны, установленной на реальный корпус. Естесственно импеданс надо измерять прямо в той точке на печатной плате, куда подходит пин выхода усилителя мощности. Измерения показали, что этот импеданс весьма далёк от 50-ти Ом и требуется согласующая цепь. Номиналы ёмкостей и индуктивностей на 2,5 ГГц составляют единицы пФ и единицы нГ. Врукопашную это непростая задача.

Может кто-нибудь знает программы, которые сами, по заданным критериям и приемлемого КСВ, могут выбрать оптимальную конфигурацию согласующей цепи и посчитать номиналы СМД компонентов с учётом их паразитных индуктивностей и ёмкостей ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

С такой высокой частотой получаются компактные полосковые линии, а потери на SMD компонентах - наоборот высокие.

Полосковыми линиями сделать проще. Для этого достаточно в стык 2 линии, одна убирает jX, вторая трансформирует R

Мне проще всего считать в Ansys Circuit Designer, используя параметрический sweep

11.png.80195ac9c274cbd49a1dc6210bc1680b.png

Z и P отрезка линии задать переменными, и с шагом например 5 мм прогнать от 0 до 1 lambda, а Z от 

Чтобы не гонять начальные значения, можно калькулятор от MMANA взять (это схема чуть другая, закороченная вторая линия, но вариантов много разных)

11.png.690117f8d54d0e589e3fd7a3e46cd41f.png

Получаем схему из 2 отрезков длиной L1 и L2, характеристическим импедансом Z1 и Z2. Её тоже можно нарисовать в Circuit Designer и получить сквозной расчет КСВ и импедансов для двух трансформаторов сразу

Чтобы воплотить её в медь, можно просчитать размеры линии или с помощью приближенных формул:

https://www.eeweb.com/tools/microstrip-impedance

Или используя инструмент 2D Extractor (тоже в Ansys) для своей технологии (одно или 2-сторонняя и т.д.) подобрать размеры дорожек для получения Z1 и Z2

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites

Решения со спиральками для компактности заимствовали с более низких частот, но промахнулись, ... подозреваю сделали китайцы для простоты. Для них потери на SMD компонентах приемлемы они их используют массово. Так называемые "компактные полосковые линии" оказались больших размеров, к тому же требующие приличных дорогих ламинатов не FR-4. 

Врукопашную эту непростую задачу никто не делает есть достаточно много софта как простого так и сложного, которое обеспечивает расчеты.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если речь о SMD, то явно не идет разговор, что КСВ не должен превышать 1.1 и что мощности будут десятки Ватт. Т.е. требования мягко говоря не жесткие.

Если FR4 двусторонний то не пойдет. Если односторонний и линия CPW, то неприличный ламинат FR4 хватит (будет намного точнее и меньше потери чем SMD всё равно)

линию можно делать не только печатную (не знаю какие там у вас производственные ограничения и ограничения на размер устройства)

Такого, чтобы вообще ничего не делать, а само генерировало схемы (не только номиналы и топологию, но и сам тип схемы) - я не слышал. Слишком фантастично.

Задача слишком частная и узкая, чтобы ради неё делать генератор схем.

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites

Всем спасибо за ответы. Некоторые уточнения :

1. места под отрезки линий просто нет. Платы очень маленькие, порядка 3,5 х 2.5 см (двусторонний монтаж), что даже 4 - 5 СМД 0402 в согласующей цепи едва удаётся уместить. На плате расположены микропроцессор и ещё неколько ЧИПов.

2. материал FR4, плата толщиной 1 мм имеет 9 слоёв. С потерями вроде особых проблем нет : пробовал подключать измеритель мощности без кабелей непосредственно к выходному пину ВЧ ЧИПа и с кабелем к антенне - он там всего 6 см - разница мизерная

3. про КСВ порядка 1.1  речи вообще не идёт. Делаю так : ВЧ ЧИП не припаян, имитирую его выход двумя 0402 резисторам по 100 Ом впараллель, подключаешь прибор к анализатору к антенному гнезду, берёшь прибор в руки (он чуть больше спичечного коробка) меняешь его положение в пространстве - КСВ меняется в широких пределах.  Собственно даже при КСВ = 2  излучается порядка 80% мощности, что приемлемо. Нет смысла гоняться за КСВ  1.1 - прирост мощности излучения в 10 - 20 % принесёт мизерное увеличение дальности.

4. речь идёт о мощностях порядка десятков мВт

 

Конфигурацию согласующей цепи подбирал интуитивно : водишь сухими пальцами по плате и смотришь на картинку на анализаторе - видно куда двигается и от чего зависит положение резонанса. Индуктивности - кусочки проволочек длиной 1 - 3 мм. Работа ещё та... 

Удавалось за пару дней кропотливой работы более-менее стабильно установить резонанс антенны на середину рабочего диапазона - сплошная игра на паразитах. В лучших случаях получал КСВ порядка 1.5. Натурные испытания показали, что уменьшение КСВ меньше 2-ки - ловля блох с точки зрения дальности.

Конечно хотелось бы как-то упростить эту дурацкую работу.

Edited by patron

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 минут назад, patron сказал:

С потерями вроде особых проблем нет

проблема не в потерях, а в ненормированной толщине и эпсилон.

 

Цитата

Конечно хотелось бы как-то упростить эту дурацкую работу.

1) MMANA (только L-matching)

M1.png.a7bb2026843d2f59cc3f2944e05b08eb.png

2) 4NEC2 (3 вида - L, Pi, T. По нашему Г, П и Т согласование)

M2.png.d9ffcd30463f008879bd2a2b5c6e8446.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Из простых схем согласования (Г, П, Т) самая устойчивая  - П-контур типа "low pass" типа (ФНЧ)
На обоих концах фильтра есть ёмкости С, что позволяет при выборе их номинала учесть (вычесть) ёмкость монтажа.

Они чаще всего используются во всякой бытовой электронике типа WiFi 
Считается он простейшими формулами, вот в утилите 4NEC2 калькулятор

Возможно бесконечное число комбинаций CLC в зависимости от желаемой добротности нагруженного контура Q

Чем выше добротность, тем контур более избирательный и более узкополосный. Номиналы ёмкостей при этом выше, т.е. соотношение паразитных ёмкостей монтажа к расчетному С будет ниже и такой контур будет более устойчив к изготовлению.

Спойлер

RLC.png.b8e81fd41b600c49e08b707ae17377a9.png

Чтобы получить параметры в широкой полосе и получить параметры для других значений CLC (округлений до доступных номиналов) - очень просто пользоваться Ansys Circuit Designer

Спойлер

Circ.png.5e640f7ff63bd5ee7e16834047d25695.pngSWR.png.0443a163983a52798901b3cb41a07edb.pngInsert.png.d5ef74de57bf39590a086f2f9efc1a53.png

Pi_Matching_patron2500.aedt

Share this post


Link to post
Share on other sites

контур "П" без труда пересчитывается в "Т" или наоборот, без разницы что использовать. Понятия "устойчивость" тут нет, оно в другои месте. Ёмкость монтажа совсем другое, она может быть часто и распределенной. Еще из старых простых считалок можете использовать RFSim99 -> http://dl2kq.de/soft/6-1.htm

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 минут назад, Aner сказал:

Понятия "устойчивость" тут нет, оно в другои месте

не та устойчивость. "повторямость, предсказуемость, дураукоустойчивость".

в П-контуре ФНЧ типа минимизируется влияние неучтенных ёмкостей в самой плате, но выше влияние непредсказанных R/jX самой антенны

в Т-контуре меньше влияние неопределенности со стороны антенны, но больше со стороны платы

Г самый капризный и используется в основном на низких частотах с подстроечными элементами на крутилках

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 5/15/2019 at 11:04 AM, patron said:

 Сейчас многие пользуют спиральные антенны, которые имеет небольшие размеры на 2.5 ГГц - порядка 3 см в длину и соединение в виде СМА штекера. Проблема в том, что параметры такой антенны меняются в очень широких пределах в зависмости от места расположения на корпусе прибора, его размеров, геометрии и т.д.

Чумной вброс, слова такие заграничные -диграмма смитта, и сразу все бросились рассчитывать схемы согласования. Тормози народ, немного мозгами шевели. Все помешались на китае и примитивном ti. Монополь с L катушечкой и вот тебе широкополосная миниатюрная антенна на 2.4 ГГц. Конечно это разработка простенькая и конечно конкретные земли, но что Вы хотите? А можно и дальше-чип антенка 8х20х5мм и однозначно 50 Ом и полоса 200МГц. Антенны в кавычках требующие еще снаружи огород согласования это не антенны.  

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this