Диссертация (Диаграммообразующая система оптического типа для многолучевых АФАР), страница 13

3D картина распределения амплитуды поля H y в моментвремени 4.9 нс на частоте 18 ГГц в мультиплексоре.На рис. 5.15 помимо поля волны H y показано распределениедиэлектрической проницаемости на частоте 18 ГГц. За красный цветотвечает максимальное значение  , за желтый – минимальноезначение  . Как видно, в правой части геометрии присутствуетобласть с постоянным значением  .

Наличие данной областисвидетельствует о том, что основная часть поля волны не попадает внее.162Рис. 5.15 Распределения амплитуды поля H y с распеределениемдиэлектрической проницаемости в момент времени 5.0 нс на частоте18 ГГц.На графике рис. 5.16 показан коэффициент передачи с входа 1на вход 2 от времени на частоте 18 ГГц 1-ого частотного диапазона.По оси абсцисс отложено время в наносекундах (нс), по оси ординат –коэффициент передачи в дБ. Как видно из графика волна приходит навход 2 на 6 нс, а коэффициент передачи от входа 1 к 2 вустановившемся режиме на частоте 18 ГГц составляют 3,4 дБ.163Рис. 5.16 Коэффициент передачи с входа 1 на вход 2 от времени начастоте 18 ГГц 1-ого частотного диапазона.Частота 20 ГГц являются граничной для I и II частотныхдиапазонов, соответственно ближе к этой частоте будут возрастатьпотери при передаче энергии сигнала, т.к.

часть сигнала будетпроходить во II область и, отражаясь, попадать на вход 3 (см.рис. 5.1Б). Так же, в процессе моделирования стало ясно, что h12(см. рис. 5.1) должно быть больше 1 2. / 2 , для того, чтобы сигналII частотногодиапазонапроходилдальше.Приоптимизациикоэффициента прохождения с Входа 1 на Вход 2 (см. рис.

5.1Б) былоподобрано значение высоты h12  8.0 мм. Ниже приведены результатырасчетов распределения магнитного поля H y для заданных моментоввремени и график коэффициента передачи со входа 1 на входа 2 отвремени на частоте 19.5 ГГц.На рис. 5.17-5.18 можно увидеть распределение поля H y начастоте 19.5 ГГц в моменты времени 2.8 и 4.9 нс.

Как видно изрис.5.18, основная часть поля концентрируется на семействе эллипсов164одинаковой высоты, соответствующей I частотному диапазону,незначительная часть энергии, соответствующая более высокимчастотам, проходит дальше.Рис. 5.17 Распределение поля H y в момент времени 2.8 нс на частоте19.5 ГГц.Нарис.

5.19,проницаемости5.20дляпоказанычастотыпрофили19.5 ГГцидиэлектрическойпространственноераспределение модуля напряженности магнитного поля H y на 6.3 и6.46 нс (соответственно).165Рис. 5.18 Распределение поля H y в момент времени 4.9 нс на частоте19.5 ГГц.Рис. 5.19 Профиль диэлектрической проницаемости для частоты19.5 ГГЦ и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 6.3 нс в среде.166Рис. 5.20 Профиль диэлектрической проницаемости для частоты19.5 ГГЦ и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 6.46 нс в среде.Рис. 5.21 Коэффициент передачи с входа 1 на вход 2 для 1-огочастотного диапазона.На графике рис. 5.21 показан коэффициент передачи с входа 1на вход 2 для 1-ого частотного диапазона.

По оси абсцисс отложеновремя в наносекундах (нс), по оси ординат – коэффициент передачи в167дБ. Минимальные потери на границе первого частотного диапазонапередачи сигнала от Входа 1 к Входу 2 в установившемся режимесоставляют 2.5 дБ, максимальные − 5.76 дБ, а средние – 4.19 дБ.5.3 ВыводыВданнойглавебылорассмотреноприменениеметодагеометрической оптики для моделирования сверхширокополосногочастотного мультиплексора в диапазоне частота от 18 ГГц до 40ГГЦ.168Глава. 6.

Дискретный фазовращатель на p-i-n диодах.Длявозможностиуправленияфазовымраспределениеммноголучевой АФАР промоделируем p-i-n диодный дискретныйфазовращатель на основе квадратурного моста.6.1Проектированиепассивнойчастидискретногофазовращателя.Для дискретного фазовращателя на p-i-n диодах будемиспользоватьтрехшлейфныймост,т.к.посравнениюсдвухшлейфным он имеет более широкую полосу частот. [41]Задача сводится к построению трехшлейфного ответвителя намикрополосковой линии. Диэлектрик – материал «Поликор», длякоторого εr=9.6. Ответвитель изготавливается печатным способом (t/h≈ 0).

Заданное волновое сопротивление подводящих линий ρ0 = 50 Ом.Полоса частот f = 3.9…4.2 ГГц. Толщина полосы h = 2мм. (см. рис.6.1)Рис. 6.1 Трехшлейфный квадратурный мост.169Формулы для расчетов взяты из [42]. Расчеты для частоты f0 =0.05 ГГц; для ρ0 = 50 Ом, получаем εrэ = 6.45, отсюда w/h = 1, w0 = 2мм.λ = c/f = Vф/f;cVф =  rэ(6.1)3  1088= 6.45 = 1.18  10 (м/с)(6.2)1.18  1089λ = 4.05  10 = 0.03 м;(6.3)L0 = λ/4 = 7.5 мм.(6.4)0Для ρ1 =2 1 =502  1 = 120 Ом, получаем εrэ = 5.76, отсюдаw/h = 0.6,w1 = 1.2 мм.(6.5)Аналогично, как и для ρ0, по (6.1) получаем:cVф =  rэ3  1088= 5.76 = 1 / 25  10 (м/с)(6.6)1.25  1089λ = 4.05  10 = 0.03 м;(6.7)L1 = λ/4 = 7.5 мм.(6.8)Для ρ2 = ρ3 =0502 = 2 = 36 Ом, получаем εrэ = 6.8, отсюда w/h= 1.75,w1 = 3.5 мм.(6.9)170по (6.1) получаем:cVф =  rэ3  1088= 5 / 76 = 1 / 25  10 (м/с)(6.10)1.15  1089λ = 4.05  10 = 0.028 (м)(6.11)L2 = L3 =λ/4 = 7.1 мм.(6.12)Итак, получены необходимые нам геометрические параметрынашего моста.

Теперь надо запустить Microwave Office и создать внем новый проект, для чего надо выполнить команду меню File (файл)– New Project (новый проект). Затем сохранить этот проект поднужным именемс помощью команды Save Project As, такженаходящейся в этом меню. Далее необходимо установить размерностифизических величин, выполнив команду Options — Project Options.

Впоявившемся окне выбиратьFrequency Values, задать диапазонвходных частот (3,74,5 ГГц) с шагом 0,05. Открыть окно Global Units(единицы) и произвести изменение размерности, для чего нажатиемкнопки последовательного переборанужно выбрать из спискадоступных требуемую размерность. Выбор системы измеренияпроизводится установкой флажка Metric Units.Теперь в наш проект необходимо добавить новую схему. Дляэтого надо нажать на кнопку New Schematicна главной панелипрограммы. В появившемся окне вводится название новой схемы(например QMOST), либо можно оставить название по умолчанию. Внижней левой части окна программы выбираем закладку Elem. Впоявившемся перечне элементов выбираем подложку MSUB из веткиSubstrates и перетаскиваем ее (удерживая правую кнопку мыши) на171нашу схему.

Чтобы изменить параметры подложки, надо дваждыщелкнуть на значении того параметра, который надо изменить. Изветки Microstrip->Lines перетащите на схему девять элементов MLIN ичетыре элемента MTRACE, а также шесть элементов MTEE$ из веткиMicrostrip->Junctions. К этому набору необходимо добавить резисторTFR из ветки Microstrip->Component.

Из этих элементов необходимособрать схему, изображенную на рис 6.2.Рис. 6.2 Эквивалентная схема трехшлейфного квадратичногомоста в AWR Design EnvironmentЗададим параметры элементов согласно данным, полученным из(6.1) - (6.12). Также необходимо добавить ко всем входам и выходампорты. Это можно сделать следующим образом: на верхней панелиимеется кнопка Port, нажав которую можно перетащить порт насхему.

Повернуть порт можно щелкая левой кнопкой мыши иливыбрав команду Rotate в контекстном меню. В схеме можно задаватьи использовать переменные, что очень удобно в тех случаях, когда в172схеме часто используются одни и теже значения каких-либопараметров. Чтобы ввести переменную, надо нажать на кнопку AddEquationна панели инструментов, после чего щелкнуть в томместе схемы, где будет располагаться переменная и ввести имя изначение переменной (например W0=0,85 мм.).После того, как схема будет собрана, необходимо задатьграфики. Для этого надо щелкнуть левой кнопкой мыши по значкуAdd Graphна панели инструментов. Кликнув на новом графикеправой клавишей мыши, выбираем Add Measurement (добавитьизмерение).

В появившемся окне в разделе Meas. Type выбираем PortParameters, а в разделе Measurement выбираем S. Отмечаем флажкомdB, а затем в Data Source Name выбираем имя, присвоенное топологии(Wilkinson). В To Port Index (в какой порт) и From Port Index (из какогопорта) проставим номера портов входа и выходов делителя мощности.Для того, чтобы вывести значения кривых, необходимощелкнуть на графике правой кнопкой мыши и в появившемся перечневыбрать Add Marker, навести знак на график и щелкнуть левойкнопкой мышки. Цветовую гамму, обозначения и толщину линийтакже можно регулировать.

Для этого нужно опять навести мышку награфик, нажать на правую кнопку и выбрать Properties.Для того, чтобы задать КСВ в интересующем нас графике,нужно кликнуть на нем правой кнопкой мыши, в появившемсяперечне выбрать Add Measurement. В окне в разделе Meas.

Typeустановить Linear, а в Measurement – VSWR, затем нажать Add изакрыть окно. Затем, на самом графике, правой кнопкой мыши,выбрать Properties, нажать Measurements. В появившемся подокнеотметить КСВ, в разделе Axis выбрать Right, и нажать Apply. Далее,173для ввода обозначения осей, на верхней панели того же окна найтиLabels и в открывшемся подокне: в Left Y-axis написать L, дБ (потерипреобразования), а в Right Y-axis– КСВ.

Apply  Ok. Затемпроизвести расчет и на графике появится кривая КСВ. Аналогичнодобавляется графики кривой по развязке и делению.Были получены следующие характеристики. (Рис. 6.3.)Рис.6.3Частотныехарактеристикипримоделированиинулевого приближения квадратурного трехшлейфного моста в AWRDesign Environment (1 – КСВ, 2, 3 – деление, 4 – развязка).174На рис. 6.3. видно, что развязка, деление и КСВ квадратурноготрехшлейфного моста не соответствует требованиям техническогозадания: КСВ в полосе частот 3.9 ... 4.2 ГГц выходит за рамкидопустимых значений (не менее 25 дБ), развязка в 3 дБ не достигнута.Поэтому можно сказать, что полученные конструктивные данные длятрехшлейфного моста аналитическим методом требуют пересчета.В программе AWR Microwave Office имеется возможностьзадавать значения геометрических параметров моста переменнымивеличинами. С помощью данной функции изменяются ширина идлина микрополосковой линии для трехшлейфного квадратурногомоста и сразу же выстраиваются графики кривых развязки, КСВ иделения для трехшлейфного квадратурного моста.

Воспользовавшисьфункциямипараметрическойоптимизациигеометрическихпараметров элементов, были достигнуты необходимые результаты,удовлетворяющие техническому заданию. (см. рис. 6.4)175Рис.6.4Частотныехарактеристикипримоделированииквадратурного трехшлейфного моста в процессе параметрическойоптимизации геометрических параметров в AWR Design Environment(1, 2 – деление, 3, 4 – КСВ и развязка).На рис.

6.4 видно, что значения КСВ, развязки и деления приданных геометрических параметрах трехшлейфного квадратурногомоста удовлетворяют ТЗ. (КСВ на рабочей частоте f0 = 4.05 ГГц имеетзначение - 30 дБ, деление - 3 дБ). Но в полосе частот 3.9 ... 4.2 ГГцзначение КСВ около - 20 дБ (что не соответствует требованиям ТЗ).Поэтому для более точных расчетов проводим вычисления впрограмме TX Line 2003, для микрополосковой линии. (рис.

6.5)176Рис. 6.5 Расчет геометрических параметров в программе TXLine2003Входными данными для программы являются:- Диэлектрическая постоянная ε = 9.6- Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ = 0.0001- Сопротивление ρ0 = 50 Ом;- Диапазон частот 3.9...4.2 ГГц;- Частота ƒ0 = 4.05 ГГц;Соответственно получаем: L0 = λ/4 =7,0мм; W0 = 2,0мм;Далее проводим аналогичные расчёты для ρ1 = 120 Ом и ρ2 =ρ3 = 36 Ом, в результате которых получаем:L1=7,85 мм; W1=0,1 мм;L2=6,8 мм; W2=3,7 мм;177Оптимизировав, с помощью функции оптимизации длинымикрополосковых линий L1, L2, L3. Добились согласования развязки вполосе 3,8...4,3 ГГц более 40 дБ, а затем для получения равногоделения мощности изменили ширины микрополосковых линий W1,W2, W3.