Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах

Проектирование каскадов радиопередатчика

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проектированию по дисциплине

«Устройства генерирования и формирования сигналов»

Специальность 210302

Руководитель: доцент кафедры РЭКУ Логинов С.С.

Зачетная книжка №051021

Сдано на проверку

Зачтено

Казань 2014.

Содержание

Задание к курсовому проекту.

Введение.

1. Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах.

2. Моделирование микрополоскового СВЧ заграждающего фильтра.

3. Моделирование фильтра на замкнутых шлейфах.

4. Расчет транзисторного усилителя диапазона СВЧ.

5. Расчет транзисторного усилителя умеренного диапазона волн.

Заключение.

Список литературы.

Задание к курсовому проекту.

Содержание задания	Вариант/парам.
1. Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах. (mwo 2002_1.pdf с. 12-20), полоса согласования 5 МГц	Несущая частота 1, МГц
Входное/выходное сопротивление, Ом	15/50
Выходная мощность, Вт
2. Моделирование микрополоскового СВЧ заграждающего фильтра	Диапазон частот 2, МГц	1805-1880
3. Фильтр на замкнутых шлейфах (mwo 2007_2.pdf, с. 33-39)	Диапазон частот 3, ГГц	2-2.5
4. Фильтр с боковыми электромагнитными связями (mwo 2007_2.pdf, с. 40-45)	Несущая частота 4, ГГц	13-13.5
5. Моделирование цепей согласования транзисторного усилителя диапазона СВЧ, Диапазон частот 3	Выходная мощность, Вт	40
5. Моделирование цепей согласования транзисторного усилителя диапазона СВЧ, Несущая частота 1

Введение

На СВЧ практика измерений оперирует с величинами, характеризующими волновой процесс - коэффициентами отражения и передачи. Теорию многополюсников, построенную на основе этих понятий, легко сравнить с экспериментом. Поэтому, особенно продуктивным оказывается метод матрицы рассеяния S (от англ. scattering – рассеяние), введенный специально для анализа СВЧ цепей. Вместо сопротивлений и проводимостей в матрице рассеяния используются комплексные коэффициенты отражения и передачи волн по напряжению между соответствующими парами полюсов.

Рис. 1. Пассивный четырехполюсник, включенный в СВЧ тракт.

Для пассивного линейного четырёхполюсника, включенного в СВЧ тракт с волновым сопротивлением Z0 (рис. 1), можно записать уравнения, определяющие линейную связь между падающими и отраженными волнами на входе и выходе четырехполюсника в виде

, (1)

построенные по следующему правилу: в левой части уравнений (1) стоят ам-плитуды волн, расходящихся от четырёхполюсника (рассеиваемые), а в правой - сходящиеся к четырёхполюснику (набегающие).

В матричной записи уравнения (1) приобретают вид

, (2)

матрицу называют волновой матрицей рассеяния.

Из выражения (2) следует, что в общем случае четырёхполюсник характеризуют четырьмя комплексными параметрами. Однако для частных видов четырехполюсников число этих параметров может быть уменьшено путем учета связей между элементами матрицы.

Рассмотрим связь между элементами волноводной матрицы рассеяния.

Для взаимного (обратного) четырехполюсника модуль и фазовый угол коэффициента передачи не зависит от того, какая из двух пар его зажимов является входной, а какая – выходной. Из этого свойства вытекают равенства

, (3)

На СВЧ широко применяют четырёхполюсники с пренебрежимо малыми активными потерями (неоднородности в линиях и волноводах, согласующие устройства и т.д.). Такие четырёхполюсники называют реактивными. Для взаимного реактивного четырехполюсника справедливы следующие соотношения:

, (4)

Если взаимный четырехполюсник имеет плоскость симметрии, его называют симметричным. В этом случае

, . (5)

Учёт соотношений (3) - (5) существенно упрощает определение элементов волновой матрицы рассеяния для четырехполюсников частных видов.

Элементы волновой матрицы рассеяния имеют ясный физический смысл и могут быть измерены сравнительно простым способом, в частности с помощью измерительной линии.

При работе СВЧ - четырехполюсника на согласованную нагрузку отраженная волна на выходе его отсутствует и из соотношения (1) следует

, (6)

Элемент матрицы равен комплексному коэффициенту отражения от входа исследуемого четырехполюсника, а элемент – комплексному коэффициенту передачи четырёхполюсника в направлении 1–2 . В общем случае он учитывает как активные потери в четырёхполюснике, так и потери на отражение.

Элементы и имеют аналогичный смысл, но соответствуют обратному включению четырехполюсника (при этом выход четырехполюсника соединяют с генератором, а на вход его включают согласованную нагрузку).

Из сказанного вытекает методика измерения элементов волноводной матрицы рассеяния. Для определения элемента необходимо измерить модуль и фазу коэффициента отражения от входа исследуемого четырехполюсника при включении на выходе его согласованной нагрузки:

, (7)

Элемент определяют аналогичным образом, но при обратном включении четырехполюсника:

, (8)

Для определения элементов и нужно измерить комплексные коэффициенты передачи четырехполюсника при прямом и обратном включениях.

(9)

Модуль и фазу коэффициента передачи взаимного реактивного четырехполюсника однозначно определяют коэффициенты отражения Гвх и Гвых. Из соотношений (3) следует

,

(10)

Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах.

Несущая частота F=121 Мгц

Входное сопротивление R_вх=15 Ом

Выходное сопротивление R_вых=50 Ом

Выходная мощность P_вых=40 Вт

Полоса согласования ΔF=5 МГц

Рис.2. Схема электрическая принципиальная.

Путем подбора номиналов конденсаторов и катушек индуктивностей двойного П-образного фильтра, была получена следующая частотная характеристика ФНЧ:

Рис.3. Частотная характеристика ФНЧ.