Согласующие цепи на распределенных элементах

Для частот выше 500 МГц согласующие цепи проектируются на распределенных элементах, для этого в таблице Sections окна параметров согласующей цепи Match 1 Properties есть типы цепей на распределенных элементах. Для примера синтезируем СЦ для тех же условий согласования, но в диапазоне от 500 до 1000 МГц. В таблице Settings устанавливаем частотный диапазон цепи, в таблице Sections → Type / TRL Pseudo Lowpass. Волновое сопротивление линии заказываем 20…120. Нажимаем кнопку Calculate и далее Optimizations для выполнения требований S 11 и S 22 >|-20дБ|. На рисунке 6.3 показан результат расчета.

Рис. 6.3. Результат расчета согласующей в диапазоне 500…1000МГц.

Для реализации согласования в заданной полосе необходима согласующая цепь TRL Pseudo Lowpass 4 порядка.

Рассмотрим пример проектирования СЦ между антенной с R _A=50 Ом и первым каскадом усилителя на транзисторе с Z _вх = 6,5 + j 8,5 в диапазоне частот 1850…1910 МГц в микро-полосковом исполнении. Тип рассредоточенной цепи Type / TRL Stepped Z 0, волновое сопротивление которой лежит в интервале 10…60 Ом. Во всем диапазоне частот параметры S 11 и S 22 должны быть >|-20|дБ. Нажимаем 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 Match 1 _ Design и выделяем клавишами «Ctrl + A» все элементы схемы, а затем в главном меню программы находим Schematic → Convert Using Advanced TLINE. В открывшемся окне отмечаем в поле Process 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 →ОК. В окне Match 1_ Design появляются элементы МПЛ. Активизирует это окно, на вкладке Schematic этого окна нажимаем правой кнопки мышки и в выпадающем окне меню выбрать добавить топологию (Add Layout). В окне Match 1 _ Design появляется еще и окно с топологией трехэлементной согласующей цепи. Развернуть во весь экран, закрыть окно MATCH Priperties. Выделяем все элементы топологии клавишами «Ctrl + A». Соединяем элементы топологии, для этого находим в главном меню программы Layout → Connect Selected Parts, а затем переносим топологию в центр подложки Layout → Center Selected Parts. Результаты расчета параметров S 11 и S 22 и топология СЦ показаны на рисунке 6.4.

Рис. 6.4 – Результат проектирования согласующей цепи в диапазоне 1850…1910 МГц

Рекомендации выбора подложек для микрополосковых цепей и фильтров.

В программе имеется возможность проектирования топологии МП цепей и фильтров, при этом предлагается выбрать готовую подложку из библиотеки (Load From Library), входящей в состав программы Genesys или синтезировать новую (Create New Substrate) в окне Substrate Needed. Это окно 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 → New Item → Substrate. При таком способе все вновь заданные (Create New Substrate) и выбранные из библиотеки будут доступны в проекте.

Если выбрали Create New Substrate, то появляется таблица, в которой заполняются поля:

- диэлектрическая проницаемость (константа) подложки (Er).

- магнитная постоянная μ (Ur),

- тангенс угла диэлектрических потерь tg,

- удельное сопротивление (Rho)

- толщина слоя металла (Metal Thickness),

- шероховатость металла (Metal Roighness),

- толщина подложки (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 результате поиска (в интернете) по марке материала предлагаемой в библиотеке.

Так, например, фирма 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, подложка Rogers RO 3003 ½ oz ED 10 mil. В названии типа подложки 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 17мкм, 1 oz – 25мкм, 2 oz – 70мкм). Последняя цифра информирует о толщине диэлектрической подложки, выраженной милидюймах (1 mil =0,025мм) ED 10, что соответствует для данного примера 0,25мм. Аналогичный принцип маркировки подложек используется и другими фирмами.

 

7. ПОДБОР РЕАЛЬНЫХ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ СОЗДАННОЙ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА

Реальные элементы могут быть выбраны 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 при активном окне Workspace Tree вложенной вкладкой Part Selector A, расположенной в нижне 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 ваша рабочая частота не входит указанный диапазон элемента, то основные характеристики коэффициент усиления (CGAIN) и шум фактор (CNF) диаграмме (см. рисунок 15) 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 (Datasheep) выбранного элемента.

Фильтры под точно заданные параметры найти трудно, поэтому предлагается их рассчитывать и заменять структурные фильтры схемы рассчитанными по выше описанным методикам

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения домашнего задание по предложенным методическим указаниям и согласно заданным исходным данным с использованием программы «Genesys» были:

- выбраны промежуточные частоты в участках частного диапазонах свободных от внутренних комбинационных помех, позволяющие реализовать необходимую чувствительность и избирательность приемника,

-  разработана структурная схема высокочастотной части (до детектора) супергетеродинного приемника в состав которой включены реальные усилители и смесители, выпускаемые промышленностью и имеющиеся на рынке.

-  рассчитаны фильтры для подавления зеркальных каналов для первой и второй промежуточных частот,

-  рассчитан фильтр, обеспечивающий подавление соседней станции при заданной полосе приемника,

-  проведено моделирование усиления и коэффициента шума по каскадам приемника, с целью определения динамического диапазона и реализации заданной чувствительности.

При выполнении домашнего задания «Эскизный расчет супергетеродинного приемника программой «Genesys» студенты получили навыки работы с современной программой «Genesys RF / Microwave Synthesis and Simulation Software», входящей в пакеты программ фирмы Keysight Technology, позволяющей синтезировать и моделировать СВЧ устройства. Программа полностью интегрирована с другими программами пакета САПР радиоэлектронной аппаратуры этой фирмы, что дает возможность включать, разработанные в ней устройства, в более общие системные проекты

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Интернет ресурс компании «Keysignt Technology». Режим доступа: http://www.keysignt.com/ru, (дата обращения 20.05.2019).

2. Жаркова Н.А., Кузьмина Е.К. Эскизный расчет радиоприемника. Методические указания к выполнению домашних заданий по курсам «УПиПС, и «РТУиС»/ М.: Изд-во МГТУ, 2007. – 19 с., ил.

3. Интернет ресурс САПР «Genesys» компании «Keysignt Technology». Режим доступа: https://www.keysight.com/ru/pc-1297125/genesys-rf-and-microwave-design-software?nid=-34275.0.00&lc=rus&cc=RU(дата обращения 20.05.2019)

4. Розанов Б.А. Приемники радиосистем. Конспект лекций по курсу «Радиоприемные устройства». Ч.1: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-56 с.

5. Розанов Б.А. Приемники радиосистем. Конспект лекций по курсу «Радиоприемные устройства». Ч.2: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.-152 с.: ил.

6. Радиоприемные устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет/. Под ред. Р.А. Валитова и А.А. Куликовского. М.: Сов.радио,1968.- 384 с.

7. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов /Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина.-3-е издание, стереотип. - М.: Горячая линия – Телеком, 2007.- 520с.;ил

8. Горшелев В.Д. Основы проектирования радиоприемников. Л.: Энергия, 1967, -452 с; 1977.- 384 с.