Jump to content

    

Моделирование направленного ответвителя

Моделирую направленный ответвитель на связанных микрополосковых линиях. В результате оптимизации в MWO, лучшие параметры (направленность, изоляция, потери) получаются когда длина области связи линий гораздо меньше четверти длины волны и составляет примерно ширину проводника для линии 50 Ом. Вообще в любом случае чем короче отрезок связи, тем лучше результаты.

Должна ли длина связанных линий в НО быть равна 1/4 лямбда? Чем это обусловлено?

Почему такие результаты дает MWO?

Как устроены интегральные НО в корпусах размера 0805?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вообще в любом случае чем короче отрезок связи, тем лучше результаты...

...-> тем несвязаннее линии.

Посмотрите, например, "Фельдштейн - Справочник по элементам полосковой техники".

Share this post


Link to post
Share on other sites
...-> тем несвязаннее линии.

Да, несвязаннее, но при этом, на 1/4лямбда направленность значительно ниже при коэф. связи 10-20Дб, нежели при совсем короткой связанной линии.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Не верю. Может быть Вы что-то неправильно рассчитываете? Например, длину волны или вообще неправильно интерпритируете параметры НО. Например, что Вы подразумеваете под направленностью?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Не верю. Может быть Вы что-то неправильно рассчитываете? Например, длину волны или вообще неправильно интерпритируете параметры НО. Например, что Вы подразумеваете под направленностью?

может быть, вот исходные параметры:

 

f = 2,45ГГц

eps(FR4)=4.1

Lambda/4 = 17мм (для микрополосковой линии)

W = 2.2 мм (50 Ом)

h = 1 мм

 

Контакты ответвителя:

1 - In

2 - Out

3 - Couple

4 - Isolate

 

Directivity = 10*log10((|S31|^2)/(|S41|^2))

Isolation = 10*log10(|S41|^2)

Coupling = 10*log10(|S31|^2)

MainLoss = 10*log10(|S21|^2)

Share this post


Link to post
Share on other sites
длина области связи линий гораздо меньше четверти длины волны

 

Это из-за того, что твой требуемый "coupling" низкий.

Попробуй для интереса оптимизировать ответвитель для coupling -3дБ, увидишь как длина потянется к лямбда/4

Share this post


Link to post
Share on other sites
Это из-за того, что твой требуемый "coupling" низкий.

Попробуй для интереса оптимизировать ответвитель для coupling -3дБ, увидишь как длина потянется к лямбда/4

Мне нужна хорошая направленность с малым переходным затуханием, пока не получается при затухании <0.3дБ получить направленность лучше 10дБ. хотя у фирменных интегральных ответвителей направленность 17-20дБ с затуханием меньше 0,3.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Должна ли длина связанных линий в НО быть равна 1/4 лямбда? Чем это обусловлено?

Должна. При этом обеспечивается максимум S(3,1). Почитайте книгу "Проектирование и расчёт СВЧ элементов на полосковых линиях" Малорацкого и Явича.

Далее: 2,2 мм на этой подложке соответствует 46 Ом, 50 Ом при 2 мм (см. приаттаченное изображение). Я взял переходное ослабление (или связь) 15 дБ,

оптимизация, как и следовало ожидать, дала длину связи, близкую к lambda/4 (см. аттач). К сожалению, я не нашел как сделать Parameter Sweep, как это можно в CST Studio (вопрос знатокам: можно ли его вообще сделать в MWO?),

поэтому провел моделирование при трех длинах связи (17,3 мм; 2 мм; 25 мм). S41 (isolation), естественно, больше, когда длина связи маленькая (2 мм), элементарно потому,

что в связанную линию поступает меньше мощности, простая физика. Почему оказалась выше Directivity, с наскоку, наверное, объяснить трудно.

Но основным-то параметром ответвителя является переходное ослабление, которое максимально при lambda/4. Толку от более высокой directivity, когда связь падает до -30 дБ?

На практике я проектировал и применял только НО, у которых 4-е плечо было нагружено на 50 Ом и вообще не использовалось. Ваших приложений, конечно, не знаю.

Топология ответвителя также в аттаче. Чтобы получить более точные результаты, надо провести ЭМ моделирование. Из личного опыта рекомендую сделать его в MWO или ADS, т.к.

3D симуляторы (HFSS, CST) у меня выдавали слишком "идеальные" результаты, с практикой совпал лучше MWO. Но, правда, я проектировал ответвитель на гораздо более высокие частоты.

 

Это из-за того, что твой требуемый "coupling" низкий.

Попробуй для интереса оптимизировать ответвитель для coupling -3дБ, увидишь как длина потянется к лямбда/4

Абсолютно неверное утверждение. От величины связи оптимальныя длина области связи не зависит. Почитайте Малорацкого.

Лично я знаю три типа трехдецибельных НО: шлейфный, тандемный, Ланге. Если Вы сделаете 3дБ на ответвителе

на 2-х связанных линиях с боковой связью, это станет технологическим прорывом :biggrin:

post-61538-1316097184_thumb.jpg

post-61538-1316097192_thumb.jpg

post-61538-1316097199_thumb.jpg

post-61538-1316097303_thumb.jpg

post-61538-1316097313_thumb.jpg

Edited by Dunadan

Share this post


Link to post
Share on other sites
Но основным-то параметром ответвителя является переходное ослабление, которое максимально при lambda/4. Толку от более высокой directivity, когда связь падает до -30 дБ?

Вы не правы. Как раз основной параметр - направленность. Иначе это будет не НО, а ненаправленное ответвление с одинаковыми уровнями падающей и отраженной волн. И пусть переходное ослабление будет -30 дБ, зато волна противоположного направления будет ослаблена еще дополнительно на величину направленности.

 

...при затухании <0.3дБ...

Вы ничего не путаете? Это не ослабление в прямом канале? Хотя и это тоже, на вскидку, невозможно. Прикидывать, к сожалению, некогда. Прикиньте сами деление мощности и, соответственно, какое ослабление будет с учетом ответвляемой мощности.

Share this post


Link to post
Share on other sites
К сожалению, я не нашел как сделать Parameter Sweep....

....Чтобы получить более точные результаты, надо провести ЭМ моделирование.

К сожалению сделать Parameter Sweep нельзя. Можно значение параметра задать вектором. При этом количество значений в векторе должно быть равно количеству заданных частот для анализа. При анализе для каждой очередной частоты присваивается очередное значение из вектора. Т.е. это совсем не то. Но можно попробовать выполнить оптимизацию схемы.

А вот выполнить ЕМ моделирование наверное стоило бы. Много времени это не должно занять. Тем более, что получить топологию структуры довольно просто из топологии схемы. Можно даже попробовать электромагнитную оптимизацию, используя экстракцию, т.к. все элементы схемы имеют соответствующие элементы топологии. Правда при этом проводники считаются идеальными, если не ошибаюсь.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вы не правы. Как раз основной параметр - направленность. Иначе это будет не НО, а ненаправленное ответвление с одинаковыми уровнями падающей и отраженной волн. И пусть переходное ослабление будет -30 дБ, зато волна противоположного направления будет ослаблена еще дополнительно на величину направленности.

 

 

Вы ничего не путаете? Это не ослабление в прямом канале? Хотя и это тоже, на вскидку, невозможно. Прикидывать, к сожалению, некогда. Прикиньте сами деление мощности и, соответственно, какое ослабление будет с учетом ответвляемой мощности.

 

Не будем спорить насчет того, что является основным параметром НО, в конце концов, в литературе нигде не написано: "это основной параметр НО"; если где-нибудь встречали, пожалуйста, ссылку на источник, я, в свою очередь, тоже буду поосторожней в выражениях. Но что значит: "и пусть переходное ослабление будет -30 дБ"? Коль скоро мы занимаемся реальными задачами, а не умственными упражнениями, то по ТЗ нам надо обеспечить определенную мощность в ответвленном канале, иначе устройство просто не будет работать. Или мы получаем переходное ослабление в -15 дБ с частотной неравномерностью 0,5 дБ и направленностью 12 дБ, или направленность в 25 дБ при переходном ослаблении -30 дБ, да еще с частоной неравномерностью 4 дБ? Думаю, что если бы второй вариант был предпочтительней, учебники бы уже пестрели примерами НО с длиной связи, равной ширине линии. Если же уменьшением связи будем пытаться получить лучшую направленность, придем к нанометровым зазорам (ау, нанотехнологии :biggrin: ), да и еще не факт, что получим приемлемую частотную неравномерность. Так что длину связи выбирают lambda/4 не просто так. Рассогласование при направленности 12 дБ качественно можно оценить по приаттаченным графикам КСВН, как видим, никакого криминала не происходит.

 

 

Имеется в виду MainLoss, в отечественной терминологии рабочее затухание, S21 в моей модели. И в 0,3 дБ ничего невозможного нет, тем более на таких частотах. Моделирование дает 0,15 дБ.

post-61538-1316112179_thumb.jpg

Edited by Dunadan

Share this post


Link to post
Share on other sites
...если где-нибудь встречали, пожалуйста, ссылку на источник, я, в свою очередь, тоже буду поосторожней в выражениях. Но что значит: "и пусть переходное ослабление будет -30 дБ"? Коль скоро мы занимаемся реальными задачами, а не умственными упражнениями, то по ТЗ нам надо обеспечить определенную мощность в ответвленном канале, иначе устройство просто не будет работать....

Все параметры оцениваются в комплексе, но вот без направленности теряется смысл самого названия устройства. Это я и имел в виду.

Имеется в виду MainLoss, в отечественной терминологии рабочее затухание, S21 в моей модели. И в 0,3 дБ ничего невозможного нет, тем более на таких частотах. Моделирование дает 0,15 дБ.

Может быть и нормально, я же писал, что "навскидку", проверять не имею лишнего свободного времени. Кстати, у Вас материалы реальные, с потерями?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Материал полосок - медь, тангенс дельта учитывался, правда, в первой модели я его неправильно взял, у FR4 он 0,025. Но сути это не меняет, ответвитель можно сделать на поликоровой подложке, где tg delta меньше 0,001, использованного в первой модели.

Получить направленность 17 дБ не составляет труда, при этом MainLoss в районе 0,5 дБ на 3 ГГц. Результаты моделирования в аттаче.

post-61538-1316113949_thumb.jpg

post-61538-1316113960_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
Материал полосок - медь, тангенс дельта учитывался, правда, в первой модели я его неправильно взял, у FR4 он 0,025. Но сути это не меняет, ответвитель можно сделать на поликоровой подложке, где tg delta меньше 0,001, использованного в первой модели.

Получить направленность 17 дБ не составляет труда, при этом MainLoss в районе 0,5 дБ на 3 ГГц. Результаты моделирования в аттаче.

У поликора ВК-100-1 тангенс дельта порядка 0,0001 на 1ГГц, более подробно можете ознакомиться на сайте www.polikor.net, когда он вновь заработает.

Для получения лучшей направленности необходимо применение спец. мер для обеспечения выравнивания скорости распространения четных и нечетных мод (см. прикрепленную статью).

Vol3No2Page132to135.pdf

Share this post


Link to post
Share on other sites
У поликора ВК-100-1 тангенс дельта порядка 0,0001 на 1ГГц.

Не верю! Может быть на 1 МЕГАгерце? Да и то, порядок то порядком, но еще минимум на 2-3 надо домножить.

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