МЕТОД РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОТРЕЗКА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЙ С ДИАГОНАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ

February 22, 2013 by admin Комментировать »

Оборжицкий в. И. Национальный университет «Льв1вська пол1техн1ка» Ул. Ст. Бандеры, 12, г. Львов, ИТРЭ, 79013, Украина Тел.: (032)258-25-19, e-mail: oborzh@polynet.lviv.ua

Аннотация – Предлагается метод расчета электрических параметров четырёхполюсника на базе отрезка двух связанных линий передачи с диагональной парой нагруженных концов. Использование дополнительных реактивных сопротивлений обеспечивает заданное значение фазового сдвига сигнала или же требуемую трансформацию импеданса с одновременной компенсацией влияния неоднородностей в составе устройства и его согласованием.

I.                                       Введение

Четырёхполюсные устройства, в основе которых лежит отрезок двух линий передачи с электромагнитной связью, находят широкое применение в составе микроволновых конструкций различного предназначения, особенно в интегральном исполнении. Свойства таких четырёхполюсников зависят от типа нагрузок двух из имеющихся четырёх концов отрезка связанных линий, а также от самого выбора этих концов. Так, например, устройства с нагруженными или соединёнными между собой концами с одной стороны отрезка довольно часто используются в качестве фазовращателей с фиксированным фазовым сдвигом [1]. Классическое применение варианта с диагональными нагрузками в виде короткозамкнутых концов [2] обусловлено возможностью получения фазового сдвига сигнала на угол 3π/4 при общей электрической длине отрезка, равной π/2. Однако при этом возникает ряд технологических проблем, связанных с реализацией короткого замыкания концов линий, а также реализацией их волновых сопротивлений, удовлетворяющих условиям идеальной направленности и сильной связи. Для других же значений волновых сопротивлений или фазового сдвига очень сложно обеспечить согласование на входах такого устройства. Кроме того, в процессе проектирования возникают проблемы, связанные с влиянием различия фазовых скоростей мод чётного и нечётного возбуждения отрезка связанных линий, а также с влиянием неоднородностей в местах соединения входных одиночных линий со связанными линиями. В докладе рассматривается способ решения указанных выше проблем и приводится метод расчета устройств, обеспечивающий им требуемые свойства при заданных параметрах отрезка связанных линий и диагонально-симметричных нагрузок.

II.                              Основная часть

Обобщенная эквивалентная схема рассматриваемого трансформирующего четырёхполюсника на базе отрезка связанных линий передачи приведена на рис.1. На этой схеме противоположные концы связанных линий нагружены одинаковыми реактивными сопротивлениями JXk, которые могут принимать различные значения, а также обеспечивать режимы короткого замыкания или холостого хода. В местах сочленений входных линий (волновое сопротивление Zo) со связанными линиями (волновые сопротивления чётной и нечётной мод Ze, Zo) образуются неоднородности стыков, представленные на рис.1 в виде четырёхполюсников. Для обеспечения требуемых свойств и согласования схемы предлагается использовать дополнительные реактивные элементы, подобно тому, как это сделано в случае фазовращателя [1]. В отличие от других структур на базе отрезков связанных линий, имеющих продольную симметрию, рассматриваемая схема обладает симметрией вращения относительно центра. Для сохранения свойств симметрии в её состав на расстоянии h по обе стороны от центра введено два реактивных сопротивления jX, соединяющих между собой связанные линии отрезка, общая длина которого равна 21.

Рис. 1. Эквивалентная схема устройства.

Fig. 1. Equivalent circuit of device

Благодаря симметрии схемы её электрические параметры могут определяться исходя из входных сопротивлений парциальных двухполюсников симметричного и асимметричного возбуждения. Ввиду реактивного характера схемы эти сопротивления будут чисто реактивными jXe, jXo- В свою очередь их значения зависят от требуемых значений рабочих параметров устройства. Например, для получения заданного фазового сдвига ψ2ΐ при условии согласования на входах нормированные к Zc входные сопротивления равны:

При использовании схемы в качестве трансформатора сопротивления нагрузки Zl во входное сопротивление Z, входные сопротивления двухполюсников определяются из соотношений:

где ZL=rL+jxL, z,=r,+/x,-нормированные к Zc значения ZlviZi;

Компенсация влияния неоднородностей стыков осуществляется путем пересчета значений сопротивлений на их входе Хе. о в значения сопротивлений на их выходе Хае. о (в сечениях а-а на рис.1) с использованием эквивалентной схемы неоднородности. Например, для эквивалентной Т-схемы [1] нормированные к Zo значения Хае. о равны:

где Хь Хг, Хз -нормированные к Zo значения элементов эквивалентной схемы неоднородности.

С учётом особенностей схем парциальных двухполюсников получено квадратное уравнение, связывающее расстояние /? до мест подсоединения дополнительных реактивностей со значениями электрических длин 0е. о=/Зе. J, где ββ, о -фазовые постоянные для чётной и нечётной мод:

нормированные к Zo значения волновых сопротивлений и сопротивлений нагрузки. При этом нормированное к Zo значение дополнительных сопротивлений равно:

Таким образом, в зависимости от заданной длины отрезка, а также значений Zo, Ze, Zo и выбранной нагрузки jXk с помощью соотношений (3-5) можно определить значение реактивностей jX и места их под- кпючения, при которых обеспечиваются необходимые значения входных сопротивлений Хе, Хо, а, следовательно, и рабочих параметров схемы.

III.                                  Заключение

Предложенный метод расчёта может быть использован при проектировании фазосдвигающих и трансформирующих устройств с различными вариантами диагональных нагрузок и волновых сопротивлений отрезка связанных линий, обеспечивая при этом согласование на входах, а также компенсацию влияния неоднородностей.

IV.                           Список литературы

[1]   .        ОборжицкиО в. и., Самсонюк О. В. Метод синтеза фиксированных фазовращателей на базе нагруженного отрезка связанных линий передачи. Материалы 15-ой Международной Крымской конференции «СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии». – Севастополь, 2005. – С. 533-534.

[2]   .        S. March. А Wide-band Stripline Hibrid Ring. IEEE Trans. MTT, Vol.16, No. 6, June 1968, p. 131.

A METHOD FOR CALCULATION OF ELECTRICAL PARAMETERS OF TRANSFORMING DEVICES WITH THE DIAGONAL LOADED SECTION OF TWO-COUPLED LINES

Oborzhytskyy V. I.

Lviv Polytechnic National University Institute of Telecommunications Radio Electronic Techniques 12, S. Bandery Str., 79013, Ukraine Ph.: (032) 258-25-19, e-mail: oborzh@polynet.lviv.ua

Abstract – The electrical parameters of transforming devices based on coupled lines with diagonal loaded ends calculation method is proposed. Using the additional reactance simultaneously with discontinuities effect compensation provides the desired values of transmission phase shift with input matching or impedance transformation.

I.                                         Introduction

The problems which complicate the usage of devices with diagonal loaded section of coupled lines are connected with difficulty of its matching for desired values of phase shift, characteristic impedances and loads. Moreover the difference in phase velocities of even and odd modes which propagate along the coupled lines and the input-line-to-coupled-line junction discontinuities substantially influence on characteristics of devices and results in a mismatch at the input port if these causes are not taken into account. The design procedure that allows solving these problems and compensating the unequal even and odd mode velocities effect with taking into account junction discontinuities is considered in the report.

II.                                        Main part

The general equivalent circuit of device is shown in Fig.1. The diagonal ends of coupled-line section are terminated by equal reactances jX*. Another two reactances JX are connected with coupled lines at a distance /,from the centre of circuit, what is necessary for preservation of its symmetry. Two discontinuities, which are formed by junction of input line (characteristic impedance Zc) and coupled lines (even and odd mode characteristic impedances Zg, Zo) are shown in fig.1 as four-poles. The electrical parameters of such circuit may be determined from input impedances jXe, jXo of even- and odd-mode two-poles. The normalized to values of these impedances depend from desired value of phase shift (p2ias is evidently from (1), or depend from input and output impedances (for impedance transforming circuit) as is evidently from (2). In order to take into account the effect of discontinuities, it is necessary to convert from two-poles input impedances jX^ „ to normalized impedances jXae, о in the reference plane a-a (Fig. 1) with the usage of discontinuity equivalent parameters. The formula (3) can be used, for example, in case of equivalent T-circuit [1].

The distance /i is determined from equation (4) in which this parameter is connected with electrical length 0e, о for even and odd modes and normalized to Zc values Ze, Zo, ic*. The normalized to Zo value of reactance JX is calculated as (5).

III.                                       Conclusion

The proposed method of calculation may be used for different diagonal loads and characteristic impedances of coupled- line section and it provides the input matching and the junction discontinuities effect compensation at that, which permits to increase the efficiency of design.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты