Трансформирующие цепи УВЧ и СВЧ диапазонов

С ростом частоты трансформирующие цепи согласования претерпевают существенные изменения. Постепенно от элементов с сосредоточенными параметрами происходит переход к элементам с распределенными параметрами. Первенство в этом переходе принадлежит индуктивностям ЦС полупроводниковых ГВВ. При относительно больших уровнях генерируемой мощности и низковольтном питании расчетные значения индуктивностей фильтров становятся настолько малыми, что их практическая реализация становится возможной в виде полоски, впаянной между двумя точками платы. Сечение полоски может быть прямоугольного или круглого сечения. Часто полоски прямоугольного сечения просто вытравливаются на плате, что увеличивает технологичность изделия.

Индуктивность провода круглого сечения c диаметром d и длиной L можно рассчитать по формуле

.

Индуктивность провода прямоугольного сечения с шириной b, толщиной h и длиной рассчитывается по формуле

.

Размерности - в «см», индуктивность – в «нГн».

На частотах выше 0.5 ГГц появляется возможность реализации ЦС на основе четверть волновых микрополосковых линий. В транзисторных ГВВ чаще всего используются несимметричные четверть волновые микрополосковые линии. Рисунок сечения такой линии приведен ниже.

На приведенном рисунке b – ширина полосковой линии, t – толщина металла полоска, h – толщина диэлектрического материала подложки, L – геометрическая длина полосковой линии, L_э = L - электрическая длина полосковой линии, - относительная диэлектрическая проницаемость подложки.

Волновое сопротивление микрополосковой линии зависит от ее геометрических размеров и диэлектрической проницаемости подложки. Оно может быть рассчитано по методике, изложенной в [Уткин и справ.].

На практике используют микрополосковые линии с волновыми сопротивлениями от10 до 200 Ом.

Четвертьволновая линия осуществляем трансформацию сопротивления нагрузки в соответствии с формулой

.

Наиболее просто задача трансформации решается при чисто активной нагрузке . Широкополосные трансформирующие цепи строят в виде последовательного соединения нескольких линий, каждая из которых имеет электрическую длину на средней частоте рабочего диапазона

.

Исходя из требуемого коэффициента трансформации и , заданного диапазона частот и допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания рассчитывается число секций и их волновые сопротивления [Маттей Д. Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Шумилин]. Для примера на рисунке показан трансформатор на трех секциях, в котором расчетные значения волновых сопротивлений изменяются в одном направлении, последовательно принимая промежуточные значения между сопротивлениями и (). Такой трансформатор называют «синхронным».

Те же и даже лучшие характеристики можно получить в «несинхронных» трансформаторах, у которых перепады волновых сопротивлений соседних секций могут быть значительно больше, чем отношение , а длина секций может быть меньше . На рисунке показан двухсекционный «несинхронный» трансформатор. Положительным свойством этого трансформатора является то, что волновые сопротивления секций совпадают с волновыми сопротивлениями подводящих линий . и оптимальная длина секций составляет В результате АЧХ трансформатора примерно такая же, как у односекционного «синхронного» трансформатора, а длина равна вместо Иногда это уменьшение играет решающее значение.

Значительно сложнее выглядят ЦС на четверть волновых линиях, если нагрузка носит комплексный характер. Прежде всего, следует иметь в виду, что четверть волновая линия трансформирует комплексное сопротивление в комплексную проводимость

.

Для компенсации реактивной составляющей входной проводимости используют полосковые шлейфы определенной длины, к концам которых подключаются емкости. На рисунке показан пример такого построения ЦС.

Сопротивление шлейфа с емкостью на конце находится из соотношения и носит практически реактивный характер

где , L_ш - электрическая длина шлейфа.

Включение шлейфов в конце и начале четверть волнового трансформатора меняют нагрузку и входную проводимость соответственно.

Активная и реактивная составляющие нагрузки принимают вид

Активная и реактивная составляющие входной проводимости принимают вид

.

Изменяя емкость С₂ можно обеспечить необходимое значение активной части входной проводимости .

Перестраивая емкость С₁, можно компенсировать реактивную часть входной проводимости, т.е. обеспечить b_вх=0, а входное сопротивление чисто активным.

Дата добавления: 2015-07-24