[cismoll 13]

Здравствуйте.

Сразу прошу прощения, если проблема тривиальная и решение её самоочевидно. Просто получил такое задание, сталкиваюсь с "серьёзной" работой впервые, предоставлен самому себе и боюсь напортачить.

Для контроля падающей и отражённой волн в вч-тракте требуется разработать направленный ответвитель. Предлагается микрополосковая реализация (Duroid, T = 35 мк, Н = 0,64 мм, Er = 6.15) и следующая конструкция: фактически два ответвителя с общей первичной линией, с рабочих плеч вторичных линий сигналы поступает на детекторы соответственно падающей и отражённой волн. То есть при поступлении прямого сигнала часть его ответвляется в детектор падающей волны, при этом детектор отражённой для него оказывается теоретически развязанным. Симметричный случай и для отражённой волны. Первичная линия имеет волновое сопротивление 50 Ом, вторичная 75 Ом. Ослабление 40 дБ.

При моделировании в MWO экспериментально были получены габариты: ширина 50-омной полоски w1=0.9 mm, 75-омной w2=0.6 mm, зазор s=3.6 mm, длина области связи L=38.6 mm.

 

Вопросы такие: при моделировании получил частотную зависимость параметра C14 (развязка или направленность), которая показывает, что его величина в децибелах гораздо меньше, чем величина С12 (ослабление). На центральной частоте при C12 = 40 дБ величина C14 = 33 дБ.

Может быть, я неверно провожу опыт? Вообще, может быть такое, что в развязанное плечо поступает большая мощность, чем в рабочее? Я читал, что в МПЛ ответвителях при ослаблении связи значительно уменьшается направленность, но не до такой же степени. Ведь величина направленности в теории вообще бесконечна.

 

И второй вопрос - это конструкция. Можно ли разместить все три полоска подряд или ответвители нужно разносить друг от друга вдоль общей первичной линии?

 

Заранее благодарю!

 

Устроено всё должно быть так:

 

[Tura 0]

Emp-файл - в студию!

 

[EUrry 3]

И второй вопрос - это конструкция. Можно ли разместить все три полоска подряд или ответвители нужно разносить друг от друга вдоль общей первичной линии?

Можно. А еще можно попробовать вообще сделать с одним связанным участком, т. е. в качестве согласованной нагрузки использовать сами детекторы (при условии, что они будут выполнять эти функции для Ваших режимов) - для ответвителя на падающую волну функцию нагрузки в канале, ответвляющем отраженнную волну, будет выполнять детектор отраженной волны и наоборот.

А вообще, посмотрите по расчету полосковых ответвителей, например, справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств Вольмана или другую литературу, которой по данной теме достаточно много.

[EVS 0]

Ведь величина направленности в теории вообще бесконечна.

Верно для ТЕМ, но не для квази.

Посмотрите A New Directional Coupler Design with High Directivity for PCS and IMT-2000 , любопытно.

 

[cismoll 13]

Emp-файл - в студию!

 

Прикрепил к сообщению. Там, собственно, ничего особенного. Исследовал я лишь одну половину двунаправленной системы, чтобы проверить, какова будет частотная зависимость коэффициента передачи из плеча 1 в плечо 4 (ведь это и есть направленность? или это развязка? признаться, запутался я в терминах уже).

 

Можно. А еще можно попробовать вообще сделать с одним связанным участком, т. е. в качестве согласованной нагрузки использовать сами детекторы (при условии, что они будут выполнять эти функции для Ваших режимов) - для ответвителя на падающую волну функцию нагрузки в канале, ответвляющем отраженнную волну, будет выполнять детектор отраженной волны и наоборот.

А вообще, посмотрите по расчету полосковых ответвителей, например, справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств Вольмана или другую литературу, которой по данной теме достаточно много.

 

Спасибо. Этот вариант рассматривался, но тут очень важно обеспечить хорошее согласование нагрузки в развязанном плече, а если туда поставить детектор, согласование будет хуже.

Книжек действительно полно, но таких, чтобы была хорошо изложена практическая часть, мне почти не встречалось. Вольмана, признаться, ещё не читал.

 

Верно для ТЕМ, но не для квази.

Посмотрите A New Directional Coupler Design with High Directivity for PCS and IMT-2000 , любопытно.

Большое спасибо, интересная статья. Я сейчас спрошу, наверное, ужасную вещь, но правильно ли я понял, что 45 градусные срезы предлагается авторами как способ улучшения направленных свойств ответвителя?

expl.rar

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем el coronel

[EVS 0]

...правильно ли я понял, что 45 градусные срезы предлагается авторами как способ улучшения направленных свойств ответвителя?

Нет, не срезы. Основная идея - это введение компенсирующих емкостей (при_пОсредстве triangle grounding area) на обоих концах связанных линий в отличии от практически одноэлементной мотороловской классики:

M. Dydyk, “Microstrip directional couplers with ideal performance via single-element compensation,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 47, no. 6, pp. 956–964, 1999.

 

 

[Tura 0]

Прикрепил к сообщению. Там, собственно, ничего особенного. Исследовал я лишь одну половину двунаправленной системы, чтобы проверить, какова будет частотная зависимость коэффициента передачи из плеча 1 в плечо 4 (ведь это и есть направленность? или это развязка? признаться, запутался я в терминах уже).

 

В индексах портов S-параметров на первом месте конечный порт, на втором месте - начальный порт, например коэффициент передачи от порта 1 до порта 4 - S41. Для Ваших обозначений портов и при подаче основного сигнала на порт 1 должно быть:

S21 - коэффициент связи (coupling);в децибелах без минуса;

S41 - коэффициент развязки (isolation); в децибелах без минуса;

Разность (S41-S21) в децибелах - коэффициент направленности (direction);

S31 - затухание (insertion loss); в децибелах без минуса.

В нормальном ответвителе S41 всегда должно быть больше S21.

Я тут поигрался с вВашим файлом и получилось, что для получения коэффициента направленности 20dB и более зазор между линиями должен быть не более 0,2mm. Современная технология изготовления печатных плат (не домашняя) может обеспечить такой зазор с приемлемой точностью.

Для того, чтобы одновременно получать сигнал прямой и отраженной волны, совсем не обязательно делать два ответвителя, можно одновременно снимать прямую волну с порта 2 и отраженную - с порта 4 (при направлении основного сигнала от порта 1 к порту 3). При этом важно, чтобы порты 2 и 4 были нагружены на 75 ом. Это легко обеспечить, применяя в качестве детекторов специализированные микросхемы, например двухканальный LTC5583. Кстати, микросхемные детекторы больше подходят для измерительных целей, потому как обеспечивают по сравнению с дискретными диодами намного лучшую температурную стабильность, чувствительность и линейность.

DC.rar

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем Proffessor

[cismoll 13]

Основная идея - это введение компенсирующих емкостей (при_пОсредстве biggrin.gif triangle grounding area)

Попробовал смоделировать в EM ответвитель с такими треугольниками. Не заметил никакого их влияния на характеристики :). Да и "пихать" их в конструкции некуда, так как в секцию ещё нужно уместить детекторы, а ответвители по сути представляют собой параллельные полоски без всяких ухищрений, то есть я хочу сказать, что они не являются самостоятельными конечными устройствами.

 

Я тут поигрался с вВашим файлом и получилось, что для получения коэффициента направленности 20dB и более зазор между линиями должен быть не более 0,2mm. Современная технология изготовления печатных плат (не домашняя) может обеспечить такой зазор с приемлемой точностью.

Для того, чтобы одновременно получать сигнал прямой и отраженной волны, совсем не обязательно делать два ответвителя, можно одновременно снимать прямую волну с порта 2 и отраженную - с порта 4 (при направлении основного сигнала от порта 1 к порту 3). При этом важно, чтобы порты 2 и 4 были нагружены на 75 ом. Это легко обеспечить, применяя в качестве детекторов специализированные микросхемы, например двухканальный LTC5583. Кстати, микросхемные детекторы больше подходят для измерительных целей, потому как обеспечивают по сравнению с дискретными диодами намного лучшую температурную стабильность, чувствительность и линейность.

Так в приложенном Вами файле коэффициент связи 11 дБ. Входной сигнал имеет мощность 1 кВт, на детектор необходимо подать 0,1 Вт. Связь 40 дБ. Если варьировать величиной зазора, можно получить нужные 40 дБ при S = 3.6 мм. При этом развязка S41 будет составлять 34 дБ. Я просто не могу понять, это что значит, что в развязанное плечо поступит даже больше мощности, чем в рабочее? Я прошу прощения, если не понимаю чего-то очевидного, это оттого, что я который день уже безвылазно сижу с этим ответвителем и в голове никакой ясности. И если это утверждение насчёт развязки верно, то работать будут оба детектора при падающей волне и при отражённой (а в реальности ещё и контрольное устройство полетит).

 

 

 

При этом важно, чтобы порты 2 и 4 были нагружены на 75 ом. Это легко обеспечить, применяя в качестве детекторов специализированные микросхемы, например двухканальный LTC5583. Кстати, микросхемные детекторы больше подходят для измерительных целей, потому как обеспечивают по сравнению с дискретными диодами намного лучшую температурную стабильность, чувствительность и линейность.

 

Спасибо за совет. К сожалению, не уверен, что это реально, поскольку разработка не "домашняя", а используются тут повсеместно обычные импульсные детекторы на диодах 2Д922, и о их замене вопрос не стоит.

[ledum 0]

Вообще-то не назван диапазон (MWO на работе пришлось снести - не могу посмотреть приложение) по прикидке на бумажке ~940МГц, и мощность появилась достаточно поздно. 1кВт сразу из почти только электрической задачи превращает в конструктивную. Особенно, если возможны обрывы в нагрузке. Такие вещи в бортовой самолетной аппаратуре (960-1250МГц) делали покаскадно - сначала ответвитель на минус 20дБ, потом аттенюатор 20дБ. Или еще один ответвитель на 15-20дБ. Первый ответвитель, как правило, был на симметричной полосковой линии в хорошем диэлектрике (керамика или ФАФ), причем, не всегда в одной плоскости - иногда через слой диэлектрика. Если делали на микрополоске - блок закачивался элегазом. Иначе возможны пробои при кратковременных рассогласованиях нагрузки.

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем ledum

[cismoll 13]

Вообще-то не назван диапазон (MWO на работе пришлось снести - не могу посмотреть приложение) по прикидке на бумажке ~940МГц, и мощность появилась достаточно поздно. 1кВт сразу из почти только электрической задачи превращает в конструктивную. Особенно, если возможны обрывы в нагрузке. Такие вещи в бортовой самолетной аппаратуре (960-1250МГц) делали покаскадно - сначала ответвитель на минус 20дБ, потом аттенюатор 20дБ. Или еще один ответвитель на 15-20дБ. Первый ответвитель, как правило, был на симметричной полосковой линии в хорошем диэлектрике (керамика или ФАФ), причем, не всегда в одной плоскости - иногда через слой диэлектрика. Если делали на микрополоске - блок закачивался элегазом. Иначе возможны пробои при кратковременных рассогласованиях нагрузки.

Да, частоты и мощность я упустил. Диапазон 870...1000,5 МГц и второй ещё 1215...1280 МГц.

Да уж, задача из простого пересчёта топологии с ФАФ на Дюройд (открою ещё один секрет :) ) превращается в нечто совсем выходящее за рамки... В существующем виде на ФАФ это точно такой же, как и хочется получить, двунаправленный ответвитель на несимметричной линии без всяких ухищрений.

Спасибо за ответ. Но, увы, ограничение на габариты (сам ответвитель контроля с детекторами входит в усилительный модуль) не позволит "городить огород"...

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем el coronel

[ledum 0]

Ну дык если Вы уверены в своей нагрузке, и если объединить мое предложение с аттенюаторами (вроде Анарены делали достаточно компактные) и Proffessora (только что заметил и EUrry) по съему с обеих сторон - может получиться меньше, чем Вы планировали.

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем ledum

[Tura 0]

Так в приложенном Вами файле коэффициент связи 11 дБ. Входной сигнал имеет мощность 1 кВт, на детектор необходимо подать 0,1 Вт. Связь 40 дБ. Если варьировать величиной зазора, можно получить нужные 40 дБ при S = 3.6 мм. При этом развязка S41 будет составлять 34 дБ. Я просто не могу понять, это что значит, что в развязанное плечо поступит даже больше мощности, чем в рабочее? Я прошу прощения, если не понимаю чего-то очевидного, это оттого, что я который день уже безвылазно сижу с этим ответвителем и в голове никакой ясности. И если это утверждение насчёт развязки верно, то работать будут оба детектора при падающей волне и при отражённой (а в реальности ещё и контрольное устройство полетит).

Чтобы обеспечить S41>S21, надо сделать зазор 0,2mm, а чтобы ничего не сгорело, к портам 2 и 4 надо подключить резисторные или емкостные аттенюаторы на 30dB.

[cismoll 13]

Большое спасибо за помощь!

Я всё понял насчёт S41>S2 и аттенюаторов.

Похоже, что скоро будут вопросы по ним :).

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем el coronel

[ledum 0]

К сожалению, не видел на русском языке литературы, описывающей улучшение направленных свойств ответвителей выравниванием фазовых скоростей, хотя на большинстве разобранных советских ответвителей это использовалось - здесь неоднократно приводились англоязычные ссылки на Wiggly (sawtooth) Coupled Microstrips - например, http://electronix.ru/forum/index.php?showt...st&p=972843

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем ledum

[Tura 0]

Большое спасибо за помощь!

Я всё понял насчёт S41>S2 и аттенюаторов.

Похоже, что скоро будут вопросы по ним :).

Есть идея.

При большом зазоре S21>S41 говорит о том, что Ваш НО становится обращенным, т.е. с порта 2 снимается отраженный сигнал, с порта 4 - прямой. Тогда S41 это коэфф.связи, а S21 - развязка. Посмотрите на графиках S-параметров, что получилось при зазоре 5,2mm. Во всем Вашем диапазоне частот разность S21-S41(коэфф.направленности) не менее 19dB, что для целей измерения вполне достаточно.

Изменено 1 декабря, 2011 пользователем Proffessor