Моделирование фазовращателя типа "Мостовая схема" в AWR Design Environment

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование фазовращателя

типа «Мостовая схема» в AWR Design Environment

Цель работы - получить навыки проектирования и моделирования фазоврашателей типа «Мостовая схема» в AWR Design Environment.

Подложки микрополосковых линий

1) Рассчитали по формуле (2.1) зависимость волнового сопротивления от ширины микрополосковой линий c заданными параметрами подложки.

По графику определили ширины микрополосковой линии , соответствующие волновым сопротивлениям линии 25 Ом, 35 Ом, 50 Ом и 100 Ом.

Рис.1. Зависимость волнового сопротивления от ширины микрополосковой линий

2) Определили эффективную диэлектрическую проницаемость подложки для =1,8мм:

3) Рассчитали и построили зависимость длины волны в линии от частоты в полосе от 1 до 10ГГц:

Рис.2. Зависимость длины волны в линии от частоты

4) Рассчитали по формуле (1.2) коэффициент связи шлейфного направленного ответвителя для случая равного деления мощности между плечами 3 и 4, когда .

Так ка мощность делится поровну между плечами 3 и 4, тогда .

Потом определяем по формулам (1.3) и (1.4) волновые сопротивления шлейфов (волновое сопротивление плеч шлейфного направленного ответвителя равно 50 Ом) :

Ом

Ом

5) По формуле (1.1) определили длину микрополосковой линии , обеспечивающий заданный фазовый сдвиг :

Экспериментальная часть. Для решения задачи проектирования линии передачи в AWR Design Environment используется программа TXLINE.

Как мы видим с таблицы, рассчитанные ширины линии в домашнем задании и в TXLINE почти равны.

Результаты моделирования схемы питания фазовращателя:

Рис.3. Схема питания фазовращателя в AWR (Schematic)

Рис.4. Частотная зависимость модуля коэффициента в дБ (при двух состояниях управляющего источника) питания фазовращателя

Рис.5. Частотная зависимость модуля коэффициента в дБ (при двух состояниях управляющего источника) питания фазовращателя

5 Результаты моделирования квадратурного моста

Рис.6. Схема квадратурного моста в AWR (Schematic)

Рис.7.Частотные зависимости модулей коэффициентов в дБ квадратурного моста

Рис.8. Частотные зависимости фазы коэффициентов и квадратурного моста

Рис.9. Баланс плеч по фазе квадратурного моста

Рис.10. Баланс плеч по амплитуде квадратурного моста

Результаты моделирования фазовращателя типа «Мостовая схема»

Рис.11. Схема фазовращателя типа «Мостовая схема» в AWR (Schematic)

Рис.12. Частотная зависимость модуля коэффициента в дБ (при двух значениях вносимого фазового сдвига)

По графику (рис.11). Значения модуля на рабочей частоте равно 0,6634дБ, разница между равно 0,1024дБ.

Рис.13. Частотная зависимость фазы коэффициента в дБ (при двух значениях вносимого фазового сдвига)

По графику частотной зависимости (рис.11) фазы коэффициента настроили необходимый фазовый сдвиг () путем изменения длины фазосдвигающих отрезков: когда питания отключена , когда питания включена . При подстройке длина изменилась с на .Так же полоса рабочих частот по признаку отклонения заданного фазового сдвига на 5% равно: 4042МГц - 3947 МГц = 95 МГц.

Рис.14. Частотная зависимость КСВ (при двух значениях вносимого фазового сдвига)

Рис.15. Топология фазовращателя с указанием размеров

Дополнительное задание №1

Результаты моделирования фазовращателя типа «Мостовая схема» с реальными параметрами p-i-n диодов

Проанализировали влияния реальных размеров p-i-n диодов на характеристики фазовращателя. Заменили приложенные параметры на справочные параметры p-i-n диода. Прямое сопротивление взяли 1,5 Ом, а обратное 1,2 кОм.

Рис.16. Параметры p-i-n диода

В качестве p-i-n - диодов использовали диод типа 2А507. Диоды СВЧ 2А507А кремниевые, эпитаксиальные, переключательные.

Рабочим элементом диода является полупроводниковая структура типа p-i-n.

Предназначены для применения в переключающих устройствах, модуляторах, фазовращателях и аттенюаторах сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн. Выпускаются в металлокерамическом корпусе типа КД-105 с жесткими выводами.

Рис.17. Частотная зависимость модуля коэффициента в дБ (при двух значениях вносимого фазового сдвига)

Запустили анализ и сравнили характеристики с полученными ранее (с графиком рис.11). Реальные размеры p-i-n диодов влияют на модуль коэффициента , потому что модуль коэффициента уменьшилась: с

-0,6634 дБ на - 0,8229 дБ.

Дополнительное задание №2

Результаты моделирования блока фазовращателей

Блок фазовращателей (БФВ) позволяет изменять вносимый фазовый сдвиг в заданном диапазоне с некотором дискретом .

Произвели моделирование БФВ, включающего в свой состав два одинаковых фазовращателя. Для этого произвели каскадное соединение двух фазовращателей типа «Мостовая схема».

Рис.18. Схема блока фазовращателя в AWR (Schematic)

Рис.19. Частотная зависимость модуля коэффициента в дБ (при всех значениях вносимого фазового сдвига)

Рис.20. Частотная зависимость фазы коэффициента в дБ (при всех значениях вносимого фазового сдвига)

По графику частотной зависимости фазы коэффициента можем увидеть фазовый сдвиг , когда питание нет у обоих фазовращателя: , включили питание одному из них: ; когда БФВ полностью обеспечена питанием .

моделирование фазовращатель волновой

Рис.21. Частотная зависимость КСВ (при всех значениях вносимого фазового сдвига)

Выводы по лабораторной работе

В ходе лабораторной работы мы получили навыки проектирования и моделирования фазоврашателей типа «Мостовая схема» в AWR Design Environment. Рассмотрели построение дискретного фазовращателя на p-i-n диодах. По расчету определили длину отрезка линии, которая обеспечивает фазовый сдвиг .

Так как в основе фазовращателя типа «Мостовая схема» лежит шлейфный направленный ответвитель, рассчитали волновые сопротивления шлейфов: 35 Ом и 50 Ом.

Рассчитанные ширины линии в домашнем задании и в TXLINE совпали.

Результатом моделирование фазовращателя типа «Мостовая схема» является топология с указанием размеров (рис.13). По графику частотной зависимости (рис.11) фазы коэффициента настроили необходимый фазовый сдвиг () путем изменения длины фазосдвигающих отрезков: когда питания отключена , когда питания включена . При подстройке длина изменилась с на . Так же полоса рабочих частот по признаку отклонения заданного фазового сдвига на 5% равно: и полоса частот: 4042МГц - 3947 МГц = 95 МГц.

Значения модуля на рабочей частоте равно 0,6634дБ, разница между равно 0,1024дБ.

В дополнительном задании №1 проанализировали влияния реальных размеров p-i-n диодов на характеристики фазовращателя. Заменили приложенные параметры на справочные параметры p-i-n диода. В качестве p-i-n - диодов использовали диод типа 2А507. Прямое сопротивление взяли 1,5 Ом, а обратное 2 кОм, емкость 1,1пФ. Запустили анализ и сравнили характеристики с полученными ранее (с графиком рис.11). Реальные размеры p-i-n диодов влияют на модуль коэффициента , потому что модуль коэффициента уменьшилась: с -0,6634 дБ на - 0,8229 дБ.

Блок фазовращателей (БФВ) позволяет изменять вносимый фазовый сдвиг в заданном диапазоне с некотором дискретом .

Произвели моделирование БФВ (дополнительное задание №2), включающего в свой состав два одинаковых фазовращателя. Для этого произвели каскадное соединение двух фазовращателей типа «Мостовая схема».

По графику частотной зависимости фазы коэффициента можем увидеть фазовый сдвиг , когда питание нет у обоих фазовращателя: , включили питание одному из них: ; когда БФВ полностью обеспечена питанием .

Спроектированный блок фазовращателей (БФВ) позволяет изменять вносимый фазовый сдвиг с дискретом 30 градусов.

Размещено на Allbest.ru