Интерактивный метод расчета реактивных согласующих цепей для СВЧ-устройств | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №36 (535) сентябрь 2024 г.

Дата публикации: 08.09.2024

Статья просмотрена: 9 раз

Библиографическое описание:

Гладков, В. А. Интерактивный метод расчета реактивных согласующих цепей для СВЧ-устройств / В. А. Гладков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 36 (535). — С. 1-4. — URL: https://moluch.ru/archive/535/117528/ (дата обращения: 16.12.2024).



В докладе рассматривается метод расчета простых реактивных согласующих цепей, входящих в состав многокаскадных СВЧ усилителей, на основе применения ДМС и интерактивной визуальной методики синтеза пассивных цепей.

Ключевые слова: СВЧ-усилитель, согласующая цепь, визуальный метод синтеза, области допустимых значений

При проектировании СВЧ полупроводниковых устройств (ППУ) одним из эффективных подходов является декомпозиционный метод синтеза (ДМС), предложенный Бабаком Л. И. [1]. При этом СВЧ ППУ представляется в виде блоков, часть из которых заданы (например, активные элементы, цепи питания по постоянному току и др.), а структуру и значения элементов других (согласующие и\или корректирующие цепи (СКЦ), двухполюсные цепи коррекции и ОС — корректирующие двухполюсники (КД) и пр.) нужно определить, исходя из заданных требований к характеристикам устройства. Для примера на рис.1 показана структурная схема 2-х каскадного СВЧ усилителя, на которой выделены транзисторы Т 1 и Т 2 , четырехполюсные СКЦ и двухполюсные цепи ОС и коррекции — L s 1 , L s 2 Z g 2 , Z d 2 и Z p 2 .

Структурная схема СВЧ усилителя

Рис. 1. Структурная схема СВЧ усилителя

Решение задачи проектирования СВЧ ППУ на основе ДМС включает в себя два основных этапа [1]:

1) построение областей допустимых значений (ОДЗ) на комплексной плоскости параметров СКЦ или КД на заданных частотах в полосе рабочих частот, которые соответствуют заданному комплексу требований к характеристикам устройства (например, коэффициент усиления, входное\выходное сопротивление, коэффициент шума, устойчивости и др.);

2) синтез СКЦ (КД) (определение структуры и значений элементов) по полученным ОДЗ.

Методы и алгоритмы получения ОДЗ для линейных СВЧ усилителей можно найти в [1–3] и др. Для решения 2 этапа может применяться интерактивный визуальный метод синтеза [2, 4, 5], когда разработчик одновременно на экране компьютера видит цель проектирования в виде ОДЗ и годографа СКЦ (или КД). По расположению ОДЗ на комплексной плоскости входного иммитанса СКЦ (КД) можно выбрать ее структуру [2]. После выбора структуры СКЦ (КД) разработчик в режиме реального времени может управлять формой годографа с помощью интерактивных инструментов, тем самым определяя значения элементов цепи. Цель — добиться попадания точек годографа на заданных частотах в советующие ОДЗ. Данная задача для случая двухполюсной КЦ или реактивной СКЦ, нагруженной с одной стороны на резистор, описана в [2, 4, 5].

а) б)

Рис. 2. Межкаскадная СКЦ (а) в усилителе, реактивная СКЦ с комплексными нагрузками (б)

Однако при проектировании многокаскадных усилителей межкаскадная СКЦ работает при комплексных импедансах со стороны входа и выхода (см. рис. 2). Применение методики [4,5] в этом случае вызывает определенные затруднения. Поэтому предлагается расширить методику интерактивного визуального синтеза [2, 4, 5] для случая реактивной СКЦ при комплексных нагрузках со стороны входа и выхода (рис.2,б).

Межкаскадную СКЦ представим в виде Т- или П-образной реактивной цепи (см рис. 3),

а)б)

Рис. 3. Т-образная (а) и П-образная (б) межкаскадная СКЦ

Рассмотрим Т-образную СКЦ, которая описывается системой z -параметров.

.

Входное ( Z L ) или выходное ( Z S ) сопротивление СКЦ нагруженной на комплексные импедансы Z in = R in + jX in и Z out = R out + jX out можно найти по формулам

; .(1)

Если на некоторой опорной частоте ( 0 ) задать желаемое сопротивление СКЦ со стороны выхода Z S ( 0 ) = , то можно рассчитать два импеданса из трех в матрице Z c , решив систему из двух уравнений, которые получаются из (2), после выделения реальной и мнимой частей.

. (2)

Например, если задать величину Х 3 , то решив уравнение (2), получим выражения для расчета значений Х 1 и Х 2

; .

Аналогичные формулы можно получить, если зафиксировать в СКЦ импеданс X 1 или Х 2 . Двухполюсники Х 1 , Х 2 и Х 3 представляют собой реактивный элемент — катушку индуктивности или конденсатор, величину которого легко найти, зная частоту  0 : L i = X i / 0 и

С i = –1/( X i 0 ).

Если задать желаемое значение сопротивление СКЦ со стороны входа Z L ( 0 ) = , то все формулы для расчета Х i будут верны при замене , , ,

, .

Методика интерактивного проектирования СКЦ состоит в следующем:

1) на плоскости входного Z L и выходного Z S импедансов СКЦ на ряде фиксированных частот  k строятся ОДЗ, которые соответствуют заданным требованиям к усилителю или коэффициенту передачи СКЦ. Методы построения ОДЗ для реактивных согласующих цепей и СКЦ в составе линейных СВЧ усилителей представлены, например в [1–4];

2) выбираем опорную частоту  0 и желаемый импеданс со стороны входа ( ) или выхода ( ) внутри одной из ОДЗ соответственно на плоскости Z L или Z S ;

3) задаем один из элементов СКЦ и определяем его импеданс на опорной частоте ( Х 1 , Х 2 или Х 3 ), далее рассчитываем два оставшихся элемента СКЦ, по полученным формулам;

4) рассчитываем годографы входного и выходного импедансов СКЦ Z L ( k ) и Z S ( k ) на частотах  k по формуле (1);

5) визуально проверяем попадание точек годографа на этих частотах внутрь соответствующих ОДЗ на плоскостях Z L и Z S ;

6) если точки годографа на каких-то частотах не попадают в соответствующие ОДЗ, можно управлять формой годографов, изменяя положение опорной точки внутри выбранной ОДЗ или варьируя значения элементов Х 1 , Х 2 или Х 3 с помощью тюнеров;

7) когда все точки годографов Z L ( k ) и Z S ( k ) попали внутрь соответствующих ОДЗ, расчет заканчиваем.

При этом весь процесс нахождения элементов СКЦ происходит в режиме реального времени, тем самым реализуется интерактивная визуальная методика, подобная [4,5].

В текущей статье рассмотрен метод расчета простых реактивных согласующих цепей, которые входят в состав многокаскадных СВЧ усилителей, на основе применения ДМС и интерактивной визуальной методики синтеза пассивных цепей.

Литература:

  1. Бабак Л. И. Теория, методы и алгоритмы автоматизированного синтеза СВЧ транзисторных усилителей на основе декомпозиционного подхода: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Томск: ТУСУР, 2012. 360 с.
  2. Черкашин М. В. Интерактивное «визуальное» проектирование транзисторных СВЧ усилителей на основе декомпозиционного метода синтеза: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск: ТУСУР, 2006. 316 с
  3. Бабак Л. И., Поляков А. Ю. Автоматизированное проектирование малошумящих транзисторных СВЧ усилителей с реактивными согласующими цепями. // Доклады ТУСУР. Томск: ТУСУР, 1997. Т. 1.№ 1. С. 94–108
  4. Бабак Л. И., Черкашин М. В., Зайцев Д. А. «Визуальное» проектирование корректирующих и согласующих цепей полупроводниковых СВЧ устройств. Часть 1. Описание процедуры проектирования // Доклады ТУСУР. Томск: 2006. № 6 (14).С. 11–23
  5. Бабак Л. И., Черкашин М. В., Зайцев Д. А. «Визуальное» проектирование корректирующих и согласующих цепей полупроводниковых СВЧ-устройств. Часть 2. Программная реализация и примеры
  6. Доклады ТУСУР. Томск: 2007. № 1 (15). С. 10–19.
Основные термины (генерируются автоматически): сторона входа, значение элементов, интерактивная визуальная методика, опорная частота, годограф, линейная СВЧ усилителей, метод расчета, многокаскадная СВЧ усилителей, реальное время, характеристика устройства.


Ключевые слова

СВЧ-усилитель, согласующая цепь, визуальный метод синтеза, области допустимых значений

Похожие статьи

Использование комбинационных генераторов в параметрических преобразователях

Рассмотрено использование комбинационных генераторов, в частности, трехчастотных, в параметрических преобразователях. Показаны достоинства и ограничения данной схемотехнической реализации.

Расчет и моделирование высокочастотных резонансных инверторов

В статье представлены результаты моделирования высокочастотных транзисторных резонансных инверторов при использовании разработанного ранее программного комплекса для автоматизированного расчета последовательных резонансных инверторов [1].

Верификация программных комплексов, используемых для расчета строительных конструкций на динамические нагрузки

В статье производится оценка сходимости результатов прямого динамического расчета на гармоническую нагрузку, выполненного аналитическим методом и методом конечных элементов с использованием программных комплексов.

(ОТОЗВАНА) Расчет параметров ПИД-регулятора на основе метода локализации

Рассмотрена задача управления объектом второго порядка с нестационарными параметрами и действующими возмущениями с помощью типового регулятора. Предложена процедура расчета параметров робастного ПИД-регулятора, основанная на методе локализации. Получ...

Исследование электродинамических характеристик замедляющих систем типа «петляющий волновод»

Электронные устройства сверхвысокочастотного диапазона широко применяются во многих сферах деятельности человека как в гражданской, так и в военной промышленности. Важным компонентом таких электронных устройств является замедляющая. Для разработки бо...

Модифицированный динамический инженерный метод расчета главных напряжений в дискретных материалах дорожных конструкций

В статье кратко описаны методики расчета главных напряжений в дорожных конструкциях. Объединены два метода «СибАДИ», что позволило рассчитывать минимальные главные напряжения в дискретных материалах через величину максимального главного напряжения от...

Физические основы работы и характеристики бесконтактных электромагнитно-акустических преобразователей

В работе исследуются физические свойства работы ЭМА-преобразователей. На основе общего решения задачи излучения для различных типов волн, излучаемых ЭМА-преобразователем, проводится анализ направленных свойств преобразователя в зависимости от различн...

Программа для расчёта электрического сопротивления терморезисторов NTC-типа

В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.

Основы метода измерений вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов в автоматизированной обучающей системе

В статье приводится обобщенная структурная схема измерителя вольт-амперных характеристик автоматизированной обучающей системы. Представляются реализуемые схемы измерения на примере биполярного транзистора, а также решения по релейной коммутации схем ...

Статические обработки результатов наблюдений при проведении ускоренных испытаний на надежность

В работе выполнены экспериментальные исследования точности метода максимального правдоподобия экспоненциального закона распределения для оценки надежности электрооборудования. По результатам моделирования построены графики правдоподобия экспоненциаль...

Похожие статьи

Использование комбинационных генераторов в параметрических преобразователях

Рассмотрено использование комбинационных генераторов, в частности, трехчастотных, в параметрических преобразователях. Показаны достоинства и ограничения данной схемотехнической реализации.

Расчет и моделирование высокочастотных резонансных инверторов

В статье представлены результаты моделирования высокочастотных транзисторных резонансных инверторов при использовании разработанного ранее программного комплекса для автоматизированного расчета последовательных резонансных инверторов [1].

Верификация программных комплексов, используемых для расчета строительных конструкций на динамические нагрузки

В статье производится оценка сходимости результатов прямого динамического расчета на гармоническую нагрузку, выполненного аналитическим методом и методом конечных элементов с использованием программных комплексов.

(ОТОЗВАНА) Расчет параметров ПИД-регулятора на основе метода локализации

Рассмотрена задача управления объектом второго порядка с нестационарными параметрами и действующими возмущениями с помощью типового регулятора. Предложена процедура расчета параметров робастного ПИД-регулятора, основанная на методе локализации. Получ...

Исследование электродинамических характеристик замедляющих систем типа «петляющий волновод»

Электронные устройства сверхвысокочастотного диапазона широко применяются во многих сферах деятельности человека как в гражданской, так и в военной промышленности. Важным компонентом таких электронных устройств является замедляющая. Для разработки бо...

Модифицированный динамический инженерный метод расчета главных напряжений в дискретных материалах дорожных конструкций

В статье кратко описаны методики расчета главных напряжений в дорожных конструкциях. Объединены два метода «СибАДИ», что позволило рассчитывать минимальные главные напряжения в дискретных материалах через величину максимального главного напряжения от...

Физические основы работы и характеристики бесконтактных электромагнитно-акустических преобразователей

В работе исследуются физические свойства работы ЭМА-преобразователей. На основе общего решения задачи излучения для различных типов волн, излучаемых ЭМА-преобразователем, проводится анализ направленных свойств преобразователя в зависимости от различн...

Программа для расчёта электрического сопротивления терморезисторов NTC-типа

В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.

Основы метода измерений вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов в автоматизированной обучающей системе

В статье приводится обобщенная структурная схема измерителя вольт-амперных характеристик автоматизированной обучающей системы. Представляются реализуемые схемы измерения на примере биполярного транзистора, а также решения по релейной коммутации схем ...

Статические обработки результатов наблюдений при проведении ускоренных испытаний на надежность

В работе выполнены экспериментальные исследования точности метода максимального правдоподобия экспоненциального закона распределения для оценки надежности электрооборудования. По результатам моделирования построены графики правдоподобия экспоненциаль...

Задать вопрос