Моделирование направленного ответвителя, Вопросы начинающего Опции

[Prowler]

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?

[EUrry]

Вообще в любом случае чем короче отрезок связи, тем лучше результаты...

...-> тем несвязаннее линии.
Посмотрите, например, "Фельдштейн - Справочник по элементам полосковой техники".

[Prowler]

...-> 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.

[EUrry]

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

[Prowler]

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)

[VitaliyZ]

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

[Prowler]

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.

[Dunadan]

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

Сообщение отредактировал Dunadan - Sep 15 2011, 14:41

Эскизы прикрепленных изображений

 

[EUrry]

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.

[evgdmi]

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.

[Dunadan]

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 ), 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.

Сообщение отредактировал Dunadan - Sep 15 2011, 18:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[EUrry]

...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?

[Dunadan]

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.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[nik_us]

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).

Прикрепленные файлы

 Vol3No2Page132to135.pdf ( 793.62 килобайт ) Кол-во скачиваний: 279

 

[EUrry]

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.

[ledum]

Я тоже слегка фигею http://mail.polikor.net/podl.html , особенно с учетом того, что они-то и ТУ свои правильно написать не могут. Всю жизнь были Ще0.781.000ТУ, а не ЩеО, это как у пассива ОЖО...., вместо ОЖ0....
Но есть варианты - мы всегда замечали, что Дрогобыч http://www.hranithim.com.ua/Podlozhka.html был хуже Кинешмы и не такой. Фильтры, отлаженные под Кинешму не шли без подстройки на дрогобычских подложках. Разница в эпсилон чувствовалась.

Сообщение отредактировал ledum - Sep 16 2011, 08:55

[EUrry]

...Всю жизнь были Ще0.781.000ТУ, а не ЩеО, это как у пассива ОЖО...., вместо ОЖ0....

Да это, всего скорее, проделки маркетинга. Отрицательный момент технических служб - не смотрят, что пишут в каталогах нетехнические службы.

http://www.hranithim.com.ua/Podlozhka.html"

Вот здесь уже ближе к делу тангенс.

P. S. Наверное, хватит флудить, ждем автора с разъяснениями 0,3 дБ.

[Prowler]

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.

Да я имел ввиду параметр S21. Вот например 20дБ ответвитель с ослаблением меньше 0,3 и направленностью 20-24дБ -
http://www.anaren.com/Content/File/Product...asheet_RevD.pdf

Кстати, а как все таки устроены такие миниатюрные ответвители?

[vIgort]

Да я имел ввиду параметр S21. Вот например 20дБ ответвитель с ослаблением меньше 0,3 и направленностью 20-24дБ -
http://www.anaren.com/Content/File/Product...asheet_RevD.pdf

Кстати, а как все таки устроены такие миниатюрные ответвители?

Вообще-то в даташите указаны вносимые потери (Insertion Loss) НО.

[Prowler]

Вообще-то в даташите указаны вносимые потери (Insertion Loss) НО.

Вообще-то там график есть Transmission Loss...

[EUrry]

Кстати, а как все таки устроены такие миниатюрные ответвители?

На 100 % не гарантирую, но, в принципе, должны быть на сосредоточенных реактивностях сделаны. Делают, например, по LTCC-технологии.

[nikolas]

при проектировании ответвителей мощности на связанных линиях нужно обеспечить одинаковую фазовую скорость четной и нечетной возбуждаемой волны (длина волны отличается от длины волны в МПЛ) и соотношение волновых сопротивлений для четной и нечетной моды (это как раз и определяет коэф связи) + делал НО и делитель 0/180 на связке ФНЧ И ФВЧ фильтров на сосредоточенных элементах - центральная частота 1ГГц развязка была за 20 дБ полоса 160 МГЦ разброс по фазе непревысил 16 градусов .

как все это работает и собирается - уже неоднократно давались ссылки на советские книжки - теория НО и связанных линий на МПЛ разрабатывалась с середины 60-х годов, может и раньше и книжек по этому делу море, с интегралами и уравнениями Максвела и просто с готовыми инженерными расчетам.

Рассматриваемый Вами ответвитель самый простой, узкополосный и не самый лучший, главная технологическая сложность это обеспечить требуемый зазор и так нужно ли затухание менее 1дБ (порой по расчетам выходит 50 микрон и даже 10 мкм зазор - технологи с Вами не договорятся - тогда надо смотреть другие способы усиления связи - другие типы связанных линий, проволочки, диэлектрики и металлические пластинки над областью связи) иногда можно заменить на резистивный делитель - экономите и время и место.

ps: для меня главное в ответвителях это разброс фазы на выходе и рабочая полоса + если когда очень нада линейная АЧХ то и корректор АЧХ приходится приделывать

[Dunadan]

Да я имел ввиду параметр S21. Вот например 20дБ ответвитель с ослаблением меньше 0,3 и направленностью 20-24дБ -
http://www.anaren.com/Content/File/Product...asheet_RevD.pdf

Кстати, а как все таки устроены такие миниатюрные ответвители?

Используется технология Xinger, некоторая скудная информация по этой ссылке: http://www.raditek.com/Press%20Releases/mwrf-focus.pdf
Как я понял, используются симметричные полосковые линии с лицевой связью.

nik us, большое спасибо за статью.

[EUrry]

Используется технология Xinger...

Такое ощущение, что это наименование технологии Anaren, наверное, типа ноу-хау, посему не пишут особо про нее. А на деле, возможно, это примерно LTCC, т. к. не только же Anaren подобные устройства делает.

[Dunadan]

LTCC - это технология изготовления, а интересовались, вроде, типом ответвителя, т.е. используемыми линиями передачи и т.д.

Сообщение отредактировал Dunadan - Sep 16 2011, 15:51

[EUrry]

LTCC - это технология изготовления, а интересовались, вроде, типом ответвителя, т.е. используемыми линиями передачи и т.д.

Технология - это и есть способ изготовления, а то, что имеете в виду Вы, - конструкция.