Широкополосное высокочастотное устройство коммутации
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ППФ фильтр на встречных штырях
ЕМ анализ в среде MWO происходит медленно. Для ускорения вычислений существует несколько способов: уменьшение размеры сетки, вычисление нескольких фильтров на многоядерных машинах и использование технологий NVIDIA CUDA. MWO не поддерживает ускорение с помощью видеокарт, а вычислительные способности некоторых машин оставляют желать лучшего. Остаётся вариант с использованием параллельного вычисления ППФ на нескольких машинах и уменьшение размера сетки.
На рисунках 2.9 и 2.10 изображено сравнение после оптимизации с топологическим ЧФ в ЕМ анализе среды MWO.
а)б) в)Рисунок 2.8 - Сравнение топологического и идеального ППФ: а) АЧХ и график КСВ фильтра Ф1сравнение топологического с; б) АЧХ и график КСВ фильтра Ф2; в) АЧХ и график КСВ фильтра Ф3Рисунок 2.9 - Сравнение топологического и идеального ППФ АЧХ и график КСВ фильтра Ф42.4 Выбор устройств коммутации
В устройствах, работающих в диапазоне СВЧ, применяются коммутаторы, реализованные на p-i-n диодах (Рисунок 2.10).
Рисунок 2.10 - Схема электрическая принципиальная коммутатора 1-2
Структура типичного pin-диода (Рисунок 2.11 а) характеризуется тем, что между двумя сильно легированными областями очень низкого сопротивления n+ и p+ находится активная базовая i-область с высоким удельным сопротивлением (типичной , а в ряде приборов вплоть до ) и относительно большим временем жизни (электронов и дырок) заряда . Толщина базы лежит в пределах , диаметр мезаструктур .
а) б) в)Рисунок 2.11 - а) структура p-i-n-диода; б) эквивалентная схема p-i-n-диода при работе в прямом направлении; в) эквивалентная схема p-i-n-диода при работе в обратном направленииСпецифические особенности pin-структуры, существенные для работы диодов, заключаются в следующем:
При работе в прямом направлении на достаточно высоких частотах f, определяемых соотношением
.(2.11)
Диффузионная емкость pi- и ni-переходов полностью их шунтирует, таким образом эквивалентная схема сводится к рисунку 2.12 б, где R1(rпр) - сопротивление базы, модулированное прямым током. Соотношение (2.11) может выполняться уже при частоте f: 10-20 МГц и заведомо справедливо на СВЧ.
При обратном смещении эквивалентная схема pin-диода представляется в виде рисунка 2.12 в, где R1(rобр) - сопротивление i-базы в немодулированном состоянии, равное
.(2.12)
Реально rобр =0,1-10 кОм.
При прямом смещении вследствие двойной инжекции дырок из p+-области и электронов из n+-области, вся база заливается носителями и в эквивалентной схеме (Рисунок 2.12 б) выполняется
.(2.13)
Значения rпр в номинальном режиме близки к величине ~ 1 Ом; при изменении прямого тока величина rпр может изменяться в широких пределах по закону, близкому к
.(2.14)
Пробой pin-структуры при отсутствии поверхностных утечек определяется соотношением
.(2.15)
где Eкр - критическое поле, обычно принимается Eкр=2х105 В/см. Таким образом,
.(2.15а)
При протекании прямого тока величина накопленного заряда в базе определяется соотношением
.(2.16)
поэтому величина определяется раiетно по паспортному значению Qнк.
При резком переключении с прямого направления на обратное вначале протекает фаза рассасывания накопленного заряда, длительность которой равна
.(2.17)
где Iрас - обратной ток рассасывания; длительность второй фазы - восстановления обратного сопротивления - определяется дрейфовым процессом под действием поля в базе по порядку величина близка к
.(2.18)
Таким образом, при работе в диапазоне СВЧ и отчасти ВЧ pin-диод (без учета паразитных параметров C и L) представляет собой линейный резистор, сопротивление которого при прямом смещении rпр значительно меньше, чем при обратном rобр, при этом rпр зависит от прямого тока.
Такая схема обладает недостатками:
дискретные элементы (катушки и конденсаторы) уменьшают надежность устройства;i-n-диоды обладают паразитными емкостью и индуктивностью (Рисунок 2.10 в), которые влияют на характеристику устройства;
необходимость применения балочных выводов в качестве теплоотводов, что в значительной степени снижает прочность устройства.
Оптимальной схемой устройства коммутации для разработанного УЧС является схема на полевых транзисторах (Рисунок 2.12).
Преимущества коммутаторов, выполненных на полевых транзисторах, заключаются в отсутствии дискретных элементов в схеме и в том, что управление происходит с помощью напряжения.
Рисунок 2.12 - Схема электрическая принципиальная коммутатора 1-2
При рассмотрении всех доступных типов коммутаторов выбор пал на интегральную схему коммутатор HMC641. Параметры HMC641 следующие:
рабочий диапазон частот: DC - 18 ГГц;
изоляция: 42 дБ на 12 ГГц;
вносимые потери: 2.1 дБ на 12 ГГц;
габариты: 1.92х1.60х0.10 мм.
Судя по параметрам, представленным производителем, HMC641 предлагает идеальный вариант коммутатора: 1) малые размеры, что при СВЧ диапазоне очень важно 2) малые потери 3) широкий диапазон частот.
На рисунке 2.13 показана модель устройства с коммутаторами.
Рисунок 2.13 - Модель разрабатываемого устройства с коммутаторами
2.5 Конструкция УЧС
Устройство состоит из 4 фильтров (Рисунок 2.15), выполненных на отдельных платах, размерами 12х20 мм. Расположены в отдельных секциях, по обоим сторонам которых экранные проводники (стенки). Такое располо
Service Unavailable
The server is temporarily unable to service your request due to maintenance downtime or capacity problems. Please try again later.