Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Машинное проектирование

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [13] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

так же. как н для связанных полосковых линий в сослветствии с формулами (4 55) и (4.55) Графики этих максимальных изменений приведены на рис. 4 23.

Итак, в настоящей главе получелы выражения для чувствительно-стен волновых сопротавленнй и фазовых скоростей для различных типов линяй передачи Этот анализ вместе с анализом чувствительности схем, рассмапрнваемым в гл. 12, используется для исследования допу стнчых отклонений и при оптимнзании СВЧ устройств

Глава 5

НЕОДНОРОДНОСТИ В КОАКСИАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ И ВОЛНОВОДАХ

5 1 ВВЬДЕНИЕ

СИрезки однородных линий передачи, рассмотренных в гл 3, вхо дят в состав СВЧ устройств как основные конструктивные элементы Однако этим отрезкам обязательно сопутствуют неоднородности того или иного типа. Типичными неоднородностями являются

1) ступенчатые изменения размеров (используемые для изменения уровней волнового сопротивлении),

2) поворош (На прямой угол и другие},

3) Т-соединения;

4) короткозамкнутые и разомкнутые линии и др

Реактивные сопротивления, связанные с этими иеоднородностями, могут быть налваны паразитными, так как они ие вводятся намеренно В хороши сконструированных устройствах эти реактивные сопротавленнй Пытаются снизить или скомпенсировать. С другой стороны, имеются реактивные неоднородности, которые вводятся специально для дости женил определенных функций устройства Примерами такнх неоднородности нвлнются:

1) диафрагма в коаксиальной линии,

2) индуктивный или емкостный штырь в воЛГОводс;

3) разрыв в центральном проводнике полосковой 1ииин и др Для полного понимании принципа работы СВЧ устройств необходимо знать характеристики входящих в них неод пород ностен. Посколь ку размеры неоднородности обычно намного мены1!е длины волны, то чти неоднородности могут быть представлены эквивалентными схемами иа сосредоточенных элементах Во многих случаях, когда продольные размеры неоджридностей очень малы, их эквивалентные схемы акюят только из одного реактивного сопротивления, расположенного в точке неоднородности и соединенного параллельно или последонате-льно t линией Если же неоднородность в продольном направлении имеет большую протяженность, ю эквивалентная схема обычно представ 1яется четырехполюсником П- или Т типа

Для более полного описания неоднородностей необходимы частотные зависимости коэффициентов матрицы рассеяния этих неоднорол-

ноетрй Метод такого анализа для некоторых типов неоднородностей имеется 11]

Неоднородности сопутствуют всем типам линий передачи. Неодно [юдности в коаксиальных линиях н волюводах рассматривались в ран ней литературе по СВЧ 121 Однако для проектирования СВЧ интег ральных микросхем необходимы точные характеристики неоднородно стей. Это объясняется тем. что микponoлoLкoвыe устройства не позво ляют производить простыми средствами регулировку ИЛИ настройку после пзготовления Fc-ти использовать для регулировки специальные ирис поселения то теряются основные преимущества, потученкие от применения технологии СВЧ интегральных микросхем- компакг-iiocTb и воспроизводимость. Поэтому последние годы неоднородности в микрополосковых и полосковых линиях широко изучались [11 Эти неоднородности рассматриваются в гл 6

В наиболее од1юродиых линиях передачи, используемых в СВЧ устройствах, почи полностью описываюгся единственным тигюмраснро сфаннющейся волны. В прогидоппложность этому для полного описания поля вбли.зн неоднородности в добавлени*- к ряспространяю1цейсч волне, как правило, требуется бм-кпнечное число нераспространяю-щнхся типов волн Однако нераспространяющиесн тнпы волн высоких порядков сосредоточены в малой окрес-ности в непосредственной блн зостн от неоднородности Отедовятелыю неоднородность поля может рассчатринат>.ся как локальная

В этой главе рассматриваются эквиэалентпые схемы сосредоточен ных неоднородностей различных типов в коаксиальных линиях и прн м0у1ьных волноводах. Даются ссылки на обоснование ряда моделей эьвивалентных схем Представлены приближенные выражения в замк-нутпй форме и приведены типовые значения элементов моделей Ука зывается погрешность этих приближенных выражений но сравнению с численными результатами точного теоретического анализа

52 НЕОДНОРОДНОСТИ В КОАКСИАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ

В литературе рассмотрены различные гниы неоднородностей в ноак сиальныя линиях (21. К ним othoithtch емкостный зазор, скачок дна метров, емкмтная щель, Т соединение, нсбольпте эллиптическс* нли круглое отверстие, щель связи между двумя коаксиальными линиями разветвление коаксиальных линий и др Конфигурации н эквивалентные схемы некоторых неоднородностей приведены нэ рис. 5 ! Полезные сведения об этих неоднородностахобобшенывследуютих подразделах. Матрицы рассеяния ддя этих неоднородностей можно получить, используя результаты Приложения 2 1

ь2 1 емкостный лзор в коаксиалмпыч: линиях

Зазор в центральном провод[П1ке коаксиальной линии, показанный на рис 5 1а, представляется в основном последовательной емкостью в линии Этот гип неоднородиостн широко используется в СВЧ полосовых фильтрах и для блокировки по постоянному току



Если ширина зазора мала по сравнению с длиной волны, то та не однородность может исследоваться на основе электростатики, а эквивалентная схема неоднородности зазора может быть представлена, как показано иа рис 5. la. Для анализа представим эквивалентную схему, как показаис на рнс. 5.2. Последовательная и параллельная емкости определяются на основе расчета трех шкостей: суммарной емкости длинной линии, закорочегнюй в плоскости сечения ЛА, разомкнутой в то



..2 Экнннале la неодиород! зора

скости этого сечения и при отсутствии неоднородности. Отрезок дол жен быть достаточно длинным, чтобы гарантировалось затухание волн нераспространяющихся типов, возникающих из неоднородности Это условие выполняется, если длина линии равна диаметру внешнего проводника или больше пего. Численные результаты для различных ширрп зазора и различных отношений диаметров приведены в табл. 5 t

Значения емкостей С, и С., приведенные в табл. 5.1. могут также использоваться для определения емкости разомкнутого конца линии для конструкции покачанной па рис. 5 3 Емкость разомкнутого конца

Таблица 5 t Поел

с ) и параллелън. :<к-ти эквивалентной схемы чазора ксиальной лннин при paiHi

0 ч

0,05

0.367

о,о:»4

0 275

0 0143

0 188

0.0082

0.075

0.238

0.0486

0,183

0,0206

0 127

0.0120

0,10

0,173

0.0598

0.136

O.TOfiS

0 0960

0,0156

0,!.S

0.106

0,0767

0,0858

0,0.366

0 0623

0,0221

0,20

0.0718

0.0890

0.0598

0.0450

0 0443

0 0277

0,25

0.051 Г,

0.0485

0.043<>

о.даго

0.0328

0.0327

0,30

о.о;ш

0 \т

11,0328

0,0249

0 0.-HJ9

0 05

0,138

0,0061

0.0702

О.0039

0,0316

0 002t>

0.075

0.0946

0,0089

0,0498

0.0057

0.023!

0.0038

0.10

0.0719

O.Olih

0,0384

0 0074

0,0183

0,0(»0

0.15

0.О474

0,0166

0 0259

0,0105

0 0127

0.0067

0 20

0 034О

0 0210

0.0188

0.013,3

0,0093

0.0087

0,25

0,0254

0,0248

0.0143

0.0157

0.0070

0 ЧШ

0,30

0 0194

0.0281

0 0109

0 0178

0.0054

0.0113



линии есть Ci, а емкость атносительно закорачивающей плоскости, распоюженной на расстоянии s/2 от внутреннего проводника С, определяется как (2 Cl I С) Выражение для емкости С в замкнутой фор ме записынаегсч в виде t31

С - -

Ь2о«.е,1п1

(3 1)

In (J,-о,) ) Ti,

-, vi.

I >

Уравнение (5 И имеет СИЛ при следукщнх ограничениях,

\,:х-уЬ c)>s (5 2)

ZLiH небольших заз01юв (s/a < 0,1) ючнскль уравнения (5 1) лежит s пределах 5 %. Для 50 омной линии погрешность не превышает 1,5 % Разомхнутый коней коаксиальной линии, нагру»«-нный на круглый волновод с критической частотой, меньшей рабочей частоты, обычно кспользуется как оконечная нагрузка холостого xoдd Емкоеть такой нагрузкя рассчитана различными методами в работе (121

5 2.2 СКАЧОК ДИАМКГРЧВ ПРОВОДНИКОВ Ки.АКСИАЛЬМОИ ЛИНИИ

["еометрня резкого скачка внутреннего и внешнего проводников коаксиальной линии, расположенных водном сечении линии, показана на рис. 5.16 Это обычный тип неоднородности, встречающийся в устройствах на коаксиальных пиниях Ступенчатая неоднородность можег быть Представлена шунтирующей емкостью в сеченни скачка, как показано на рис 5.16 Емкость слабо зависит от частоты, если размеры поперечного сечения линии в плоскости неоднородности малы по сравнению с длиной волны

Расчет емкости неод породности можно осуществлять используя различные методы 12, 71 В работе 181 для расчета емкости неоднородности использовался вариационный метод. Приближенное значение шунтирующей емкости С получают минимизацией следующего выражения относительно коэффициентов и г, (81;

(5 3)

где - проводимости для F-волны п-го порядка в области / и

2 соотвдтстаенно. y,„ и Ya„ постоянные распространения волны L-THoa, ф„ и »1„ - функции, соответствующие Е-волне. - функция Т волны в области /; Ер - радиальная составляющая электрического поля вблизи неоднородности, приблизительно равная

е„щ + е.«,

при предположении, чтх» критическая частота первой 1,-волны опреде лена хтк области 2 КоэффиЕ].иенты и е, лежат в пределах между ну лем и единицей. Скобки < ) означают скалярные произведения [ю всей области между внутренним и внешним проводниками

Результаты, полученные при использовании приведенных зде1,ь приближений, очень хорошо согласуются с результатами, полученными в I7J,

Исследована также неоднородность в виде скачка раднус одного из проводников коаксиальной линии В 12} приведены выражения в замкнутой форме для паралле-льной реактивной проводимости, обусюв ленной э-юй неоднородностью

32i EMKOCTfiWF ДМАФРЛГЧЫ В КОЛКСИДЛЬНОП ЛИНИИ

Емкостные диафрагмы о6раз>ются уменьшением ишрины зазора между внутренним и внешним проводниками коаксиальной линии. Ширина зазора может быть уменьптена установкой круглой металлн ческой шакЫл на внутренний нли внешний проводник коаксиальной линии.

Шайба на внутреннем провиднике. Конфигурация этой неодиород ностн показана на рис, 5 Is Се эквивалентная схема южeт быть пред ставлена параллельной реактивной проводимостью в сеченни итШи Выражения в .замкнутой форме для нормиро8ан1юй реактивной приводимости В. полученные в [21. имеют вид

2Ь„~ Ь-й (i=-nd/(2b„), 2d-b-c,

4 -.ii iirr 1

2b, a Mrli](CoJ

15 4)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [13] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71



0.0133
Яндекс.Метрика