|
Двунаправленный ответвитель, Вопросы по конструированию устройства. |
|
|
|
Nov 30 2011, 11:45
|
Участник

Группа: Участник
Сообщений: 29
Регистрация: 30-11-11
Пользователь №: 68 608

|
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:
|
|
|
|
|
Nov 30 2011, 16:16
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 3 218
Регистрация: 14-11-06
Из: Н. Новгород
Пользователь №: 22 312

|
Цитата(el coronel @ Nov 30 2011, 15:45)  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.
--------------------
Все не могут только сеять разумное, доброе, вечное: кому-то надо и пахать! Природа не терпит пустоты: там, где люди не знают правды, они заполняют пробелы домыслом. © Бернард Шоу
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 05:11
|
Участник

Группа: Участник
Сообщений: 29
Регистрация: 30-11-11
Пользователь №: 68 608

|
Цитата(Proffessor @ Nov 30 2011, 17:45)  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). Цитата(EUrry @ Nov 30 2011, 21:16)  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. Цитата(EVS @ Dec 1 2011, 08:02)  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?
Сообщение отредактировал el coronel - Dec 1 2011, 05:13
Прикрепленные файлы
expl.rar ( 7.06 килобайт )
Кол-во скачиваний: 42
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 06:26
|
Евгений
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 167
Регистрация: 22-01-05
Из: С.-Петербург
Пользователь №: 2 115

|
Цитата(el coronel) ...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.
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 07:55
|
Знающий
   
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305

|
Цитата(el coronel @ Dec 1 2011, 07:11)  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.
Сообщение отредактировал Proffessor - Dec 1 2011, 08:03
Прикрепленные файлы
DC.rar ( 7.21 килобайт )
Кол-во скачиваний: 40
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 08:52
|
Участник

Группа: Участник
Сообщений: 29
Регистрация: 30-11-11
Пользователь №: 68 608

|
Цитата 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. Цитата( @ Dec 1 2011, 12:55)  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). Цитата(Proffessor @ Dec 1 2011, 12:55)  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.
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 09:42
|
Участник

Группа: Участник
Сообщений: 29
Регистрация: 30-11-11
Пользователь №: 68 608

|
Цитата(ledum @ Dec 1 2011, 14:28)  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"...
Сообщение отредактировал el coronel - Dec 1 2011, 09:42
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 09:59
|
Знающий
   
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305

|
Цитата(el coronel @ Dec 1 2011, 10:52)  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.
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 10:09
|
Участник

Группа: Участник
Сообщений: 29
Регистрация: 30-11-11
Пользователь №: 68 608

|
Большое спасибо за помощь! Я всё понял насчёт S41>S2 и аттенюаторов. Похоже, что скоро будут вопросы по ним  .
Сообщение отредактировал el coronel - Dec 1 2011, 10:11
|
|
|
|
|
Dec 1 2011, 11:20
|
Знающий
   
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305

|
Цитата(el coronel @ Dec 1 2011, 12:09)  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.
Сообщение отредактировал Proffessor - Dec 1 2011, 11:30
Эскизы прикрепленных изображений
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|