Широкополосное высокочастотное устройство коммутации
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ирокополосные каузальные модели диэлектриков и проводников, что позволяет учесть практически все эффекты, приводящие к затуханию и дисперсии сигналов в соединениях. Учтены эффекты шероховатости поверхностей и многослойного металлического покрытия проводников. Результатами анализа линий передачи и периодических структур являются постоянные распространения и характеристические сопротивления собственных волн в многопроводных линиях. Для межслойных переходов и других неоднородностей расiитываются матрицы рассеяния или S-параметры.
В основе программы лежит технология моделирования, построенная на основе метода прямых и метода конечных элементов Трёффца. Метод прямых обеспечивает быстрое и очное решение для планарных структур, состоящих из многочисленных металлических и диэлектрических слоев. Метод Трёффца используется для широкополосного моделирования внутренности проводников.
Основным преимуществом пакета является удобство и простота интерфейса, высокая производительность при создании моделей для линий передачи и переходных соединений, высокая точность и широкополосность моделей.[27]
В данной работе используется САПР Microwave Office, представляющий мощный инструмент для анализа высокочастотных устройств и позволяющей автоматизировать процесс их проектирования. При моделировании можно использовать один из методов: линейное моделирование, усовершенствованный гармонический баланс, ряды Вольтера или трехмерное электромагнитное моделирование. Результаты выводятся в различных графических формах или в таблице в зависимости от цели проводимого анализа.
2. Проектирование широкополосного многоканального УЧС СВЧ
.1 Схема структурная
На основании полученного технического задания составлена структурная схема УЧС СВЧ (Рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Схема структурная дискретного полосового фильтра (УЧС СВЧ)
2.2 Математическое моделирование конструктивных реализаций ЧФ СВЧ
С помощью подпрограммы EM-Sight, входящей в пакет программ Microwave Office, произведены раiет и оптимизация характеристик фильтров, входящих в состав УЧС. Исходными данными для раiета характеристик фильтров служат геометрические и электрические параметры материала подложки и геометрические размеры токонесущих проводников. Для проектирования выбран материал ТЛ/0 с диэлектричесокй проницаемостью =40, с тангенсом угла диэлектрических потерь = 0,01 (на частоте 10 МГц), толщина платы 0.5 мм (Рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 - Исходные данные для раiета характеристик фильтров
Начальные значения параметров проводников расiитаны по методу, изложенному в [2]. В раiете фильтров используется Чебышевский прототип девятого порядка с величиной пульсации 0.1 дБ. Ниже представлены формулы, необходимые для раiета:
сопротивления для четного и нечетного типов колебания в полосковых линиях равны
(2.1)
(2.2)
Коэффициенты J находятся по следующим формулам:
(2.3)
(2.4)
где Y0 - волновая проводимость нагружающих линий;- параметры прототипа;- порядок фильтра;- относительная ширина полосы пропускания, определяемая по формуле:
(2.5)
(2.6)
С помощью расiитанных сопротивлений для четного и нечетного видов колебаний по графикам (Рисунок 2.3) определяются ширины проводников.
Рисунок 2.3 - Номограммы для определения размеров проводников в связанных полосковых линиях при заданных сопротивлениях для четного и нечетного типов волн
Для того чтобы определить длину области связи необходимо вычислить среднюю частоту:
(2.7)
Тогда длина волны в свободном пространстве
(2.8)
и длину волны в диэлектрике
(2.9)
Таким образом, длина области связи
(2.10)
Критериями для оптимизации характеристик фильтров являются параметры, заданные в техническом задании:
коэффициент затухания в полосе пропускания - не ниже -3 дБ;
коэффициент затухания в полосе заграждения - не выше -30 дБ;
коэффициент стоячей волны в полосе пропускания - не выше 2.
После процесса оптимизации получены следующие параметры фильтров (таблица 2.1, рисунок 2.5, рисунок 2.6). Ширины w4, w5, w6 равны w3, поэтому не указаны в таблице.
Таблица 2.1
Фильтр (полоса пропускания, ГГц)LL длина области связи, ммh толщина диэлектрика, ммs1 ширина зазора, ммw1 ширина подводящих штырей, ммw2 ширина второго штыря, ммw3 ширина третьего штыря, мм1,2-1,78,5200,5000,07960,6680,8781,9401,4-2,17,1900,5000,06000,4241,2601,2601,8-2,75,1700,5000,05000,3540,7661,9502,4-4,13,5400,5000,05200,3280,3481,460а)б) в)Рисунок 2.4 - а) АЧХ и график КСВ фильтра Ф1; б) АЧХ и график КСВ фильтра Ф2; в) АЧХ и график КСВ фильтра Ф3Рисунок 2.5 - АЧХ и график КСВ фильтра Ф4.2.3 Компьютерное моделирование топологии фильтров
Для соединения фильтра с коммутирующим устройством необходимо сформировать переходные платы (Рисунок 2.7). Для выполнения требований технического задания расiитаны параметры перехода, соответствующие 50-омной линии: ширина несимметричной полосковой токонесущей линии при толщине диэлектрика 250 мкм составляет 250 мкм.
Рисунок 2.6 - Одна из переходных плат
Самое проблематичное в переходных платах, это развязка с выходов коммутатора. Но т.к. диапазон частот не сильно большой (относительно коммутатора) паразитные составляющие не играют большой роли.
После переходных плат подключаются ППФ. На рисунке 2.8 изображён схематично.
Рисунок 2.7 -