Согласующие цепи на распределенных элементах

Для частот выше 500 МГц СЦ проектируют на распределенных элементах, для этого в таблице Sections окна параметров согласующей цепи Match1 Properties есть типы цепей на распределенных элементах.

Пример 1. Необходимо произвести синтез СЦ на сосредоточенных элементах в полосе 500…1000 МГц. Необходимо установить:

· в таблице Settings —  частотный диапазон цепи,

·  таблице Sections — Type / TRL Pseudo Lowpass.

· волновое сопротивление линии — 20…120 Ом.

Далее следует нажать Calculate и затем — Optimizations для выполнения требований S 11 и S 22 > |–20| дБ. На рис. 7.4 показан результат расчета.

1

2

Рис. 7.4. Результат расчета согласующей цепи в диапазоне 500…1000 МГц:

а — АЧХ; б — схема фильтра на распределенных элементах

Для реализации согласования в заданной полосе необходима согласующая цепь TRL Pseudo Lowpass четвертого порядка.

Пример 2. проектирования СЦ между антенной с R _а = 50 Ом и первым каскадом усилителя на транзисторе с Z _вх = 6,5 + j 8,5 в диапазоне частот 1850…1910 МГц в микрополосковом исполнении.

Необходимо установить тип рассредоточенной цепи Type/TRL Stepped Z0, волновое сопротивление которой лежит в интервале 10…60 Ом. Во всем диапазоне частот параметры S11 и S22 должны быть > |–20| дБ. Нажимаем на кнопку Calculate для расчета (синтезирования) распределенной цепи и далее на Optimization. Для реализации рассчитанной цепи необходимо получить топологию на микрополосковых линиях МПЛ. Активизируем окно схемы СЦ Match1_Design и выделяем клавишами Ctrl + A все элементы схемы, затем в главном меню программы находим меню Schematic, далее — Convert Using Advanced TLINE, где в поле Process отмечаем стандартную МПЛ (Microstrip (Standard)). В поле выбора подложки Substrate при нажатии ОК загружается подложка из библиотеки Load From Library или создается новая Create New Substrate. Частота преобразования Conversion Frequency должна соответствовать заданной частоте и выбранной подложке, например, если ее установить 8 ГГц, появится сообщение (предупреждение), что нельзя использовать эту подложку. Выбираем RO 3010 ½ 25. Задаются диаметры отверстий. Далее в окне Convert Using Advanced TLINE нажимаем на кнопку ОК. В окне Match1_Design появляются элементы МПЛ, на вкладке Schematic этого окна находится схема микрополоскового фильтра, а на вкладке Add Layout — топология. Для того чтобы топология микрополоскового фильтра была размещена в центре экрана, необходимо выполнить следующие действия:

· выделяем все элементы топологии клавишами Ctrl + A;

· соединяем элементы топологии: находим в главном меню программы окно Layout и выбрать Connect Selected Parts;  

· переносим топологию в центр подложки окна Layout и выбрать Center Selected Parts.

2

1

Рис. 7.5. Результат проектирования согласующей цепи в диапазоне 1850…1910 МГц:

а — АЧХ; б — топология

Результаты расчета параметров S 11 и S 22 и топология СЦ показаны на рис. 7.5.

7.3. Рекомендации выбора подложек
для микрополосковых цепей и фильтров

 

В программе Genesys можно осуществлять проектирование топологии МП цепей и фильтров, при этом предлагается выбрать готовую подложку из библиотеки Load From Library или синтезировать новую подложку Create New Substrate в окне Substrate Needed. Оно возникает на этапе замены рассчитанных микрополосковых линий на топологию, так как при этом необходимо знать параметры материала используемого в качестве подложки. Так же подложки можно установить через окно Workspace Tree, используя следующий путь: Workspace Tree — New Item — Substrate.При таком способе все вновь заданные Create New Substrate и выбранные из библиотеки подложки будут доступны в проекте.

При создании новой подложки Create New Substrate появляется таблица (рис. 7.6), в которой необходимо заполнить поля, соответствующие характеристикам подложки:

· диэлектрическая проницаемость (константа) подложки (Er) Dielectric Constant;

· магнитная постоянная μ — (Ur) Magnetic Constant;

· тангенс угла диэлектрических потерь (Tand) Loss Tangent;

· удельное сопротивление Rho Resistivity;

· толщина слоя металла Metal Thickness;

· шероховатость металла (Thick) Metal Roighness;

· толщина подложки (Height) Substrate Height.

 

Можно выбрать материал подложки, выпускаемый различными фирмами и загрузить их параметры из библиотеки Load From Library. Подробную информацию о характеристиках Data Sheet подложек можно получить в Интернете по предлагаемой в библиотеке марке материала.

Так, например, компания Rogers выпускает подложки для высокочастотных микрополосковых цепей (фильтров, согласующих цепей). Наиболее важные параметры, от которых в основном зависит топология цепей, указаны в названии подложки.

Например, в названии типа подложки Rogers RO 3003 ½ oz ED 10 mil — RO 3003 — две последние цифры содержат информацию о диэлектрической проницаемости подложки ε = 3. Для RO 3006 ε = 6,15. Далее следует информация о толщине слоя меди (½ oz соответствует 17 мкм, 1 oz — 25мкм,
2 oz — 70 мкм).

Рис.7.6. Создание новой подложки

 

Последняя цифра информирует о толщине диэлектрической подложки, выраженной милидюймах (1 mil = 0,025 мм) ED 10, что соответствует для данного примера 0,25 мм. Аналогичный принцип маркировки подложек используется и другими фирмами.

 

8. Подбор реальных элементов для структурной схемы приемника

Реальные элементы можно выбрать для создания схемы приемника из библиотеки программы Genesys и из каталогов фирм производителей компонентов радиоэлектронной аппаратуры в интернете.

Библиотека элементов программы Genesys может выть вызвана на рабочее поле командой из главного меню View → Part Selector или в активном окне Workspace Tree вложенной вкладкой Part Selector A, расположенной в нижней части этого окна. Если усилительные элементы и преобразователи частоты выбираются из библиотеки программы Genesys, то необходимо тщательно следить за частотным диапазоном их работы, так как параметры, которые устанавливаются при моделировании, соответствуют рабочей частоте. Если рабочая частота не входит указанный диапазон элемента, то основные характеристики коэффициент усиления CGAIN и шум-фактор CNF на диаграмме моделируются неверно и программа выдает соответствующее предупреждение или ошибку.

При выборе усилителей и преобразователей из Интернета необходимо заменить значения параметров структурного элемента на соответствующие значения, указанные в описании Datasheet (техническая спецификация) выбранного элемента.

Фильтры под точно заданные параметры найти трудно, поэтому следует их рассчитывать и заменять структурные фильтры схемы полученными при использовании всех действий, описанных выше.

В стандартный набор функциональных узлов приемных радиотрактов обычно входят малошумящие усилители, смесители, синтезаторы частоты, выполняющие роль гетеродина, усилители промежуточной частоты, логарифмические усилители и др. Компания Keysight сотрудничает с ведущими мировыми производителями радиокомпонентов, которые в свою очередь предоставляют модели компонентов для использования в различных программных продуктах по моделированию, в том числе Genesys. В табл. 8.1 приведены сводные данные по производителям и типам радиокомпонентов, используемых в стандартных библиотеках.

Компания Keysight и ее программные продукты поддерживают широкую номенклатуру электронных компонентов ведущих производителей ВЧ- и СВЧ-электроники. Одним из партнеров по предоставлению библиотек компонентов является компания Modelistic (см. табл. 8.1).

Микросхемы малошумящего усилителя (МШУ) изготавливаются компаниями Maxim IC, Qorvo, Infineon, Avago Technologies, Hittite. Часть компаний в зависимости от технологий производства специализируются на диапазонах частот до 3...6 ГГц, другие в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Например, для МШУ сотовых сетей связи и глобальных навигационных систем более подходящими будут микросхемы МШУ компаний Qorvo, Maxim IC, Avago Technologies.

Микросхемы смесителей представлены компаниями Hittite, Avago Technologies, Mini-Circuits. Продукты этих компаний работают в диапазонах частот от единиц мегагерц до сотни гигагерц. При выборе конкретного радиокомпонента необходимо руководствоваться результатами параметрического поиска на сайтах производителей.

Широкий выбор микросхем тракта промежуточной частоты (усилители ПЧ) предлагается компаниями Analog Devices, Maxim IC. Большинство микросхем усилителей ПЧ имеют квадратурную архитектуру, возможность АРУ, ряд устройств имеют цифровой выход.

Примечательно, что продукция компании Toshiba не используется для библиотек компонентов.

 

 

Таблица 8.1