Расчет микрополосковой линии

      Следовательно:

.

                                                                 ,                                            (3.4)

где     .

      Следовательно:

.

                                                            ,                                      (3.5)

где - эффективная диэлектрическая проницаемость среды в линии (для СМПЛ q=0.55..0.85 при εr>8 [5]); -тангенс угла потерь слоя диэлектрика ( для микрополосковых линий[    ]).

Следовательно:

.

Найдем общий  коэффициент затухания СМПЛ по формуле (3.3):

.

        2) (W=0.0006)

Последовательность  расчета ведется аналогично предыдущему пункту.

;

;

;

;

;

;

. 

     3) (W=0.0008)

;

;

;

;

;

;

. 

     4) (W=0.0010)

;

;

;

;

;

;

; 

     5) (W=0.002)

;

;

;

;

;

;

.

II. Рассмотрим случай, когда (h=0.002м).

Квазистатический  расчет Zв для можно произвести по следующей формуле[5]:

             .      (3.6)

Остальные расчеты аналогичны предыдущему пункту. 

     1) (W=0.004)

;

;

;

;

;

;

.

     2) (W=0.009)

;

;

;

;

;

;

. 

     3) (W=0.01)

;

;

;

;

;

;

.

      4) (W=0.09)

;

;

;

;

;

;

.

     5) (W=0.15)

;

;

;

;

;

;

. 
 
 
 
 
 
 

4 ОПТИМИЗАЦИЯ 

     Необходимо  провести оптимизацию рассчитанных CМПЛ  по мощности с целью выбора наиболее подходящей конструкции линии.

Исходные  данные для оптимизации:

 

    Формула для расчетов [6]:

                                                         ,                                               (4.1)

где  α[Дб]- затухание в СМПЛ; l- длина, на которую нужно передать мощность с минимальными потерями (приняли минимально возможное значение); P- мощность, которую необходимо передать по линии; P1- мощность с учетом затухания в СМПЛ.

                                                                     .                                             (4.2) 

Проведем анализ, рассчитанных СМПЛ.

I. Рассмотрим случай, когда (h=0.002м).

1) (W=0.0004);

   ; P1=0.

2) (W=0.0006);

    ; P1=0.

3)  (W=0.0008);

     ; P1=0.

4)  (W=0.0010);

     ; P1=0

5)  (W=0.002);

     ; P1=0.

    Подставляя  значения α каждой СМПЛ , P, l в формулу (4.2), видно, что P1=0 при всех значениях затуханий. Значения α велики у всех данных конструкций СМПЛ, следовательно, применять линии при l_мин=11(м) на заданной частоте f₀=2,5(ГГц) не целесообразно.

II. Рассмотрим случай, когда (h=0.002м).

1)  (W=0.004);

; P1=0

2)  (W=0.009);

; P1=1,4 10^-12(Вт)

3)  (W=0.01);

; P1=5 10^-11(Вт)

4)  (W=0.09);

; P1=0,381(Вт)

5)  (W=0.15);

; P1=0,551(Вт)

    С помощью программы Mathcad 14 были произведены дополнительные расчеты для других значений W. По полученным данным был построен график (см.рис.4.1).

Рисунок 4.1 – График зависимости мощности в точке приема (Р1) от ширины полосок СМПЛ (W) 

      Из  расчетов и графика видно, что при W=0,14м значение Р1 достигает своего максимального значения для данной СМПЛ равное 0,551 Вт. Оно сохраняется до W=0,15м, а после убывает.

      Это объясняется зависимостью между  рассчитываемыми параметрами линии  , , .

      Следовательно имеет место маломощная линия  и при заданных изначально параметрах она не может удовлетворить техническому требованию Р>10Вт. 

      В целях поиска возможности удовлетворить  условие тех.задания была использована специализированная программа для полосковых линий TXLINE 2003 (см. Приложение В).

      При работе в ней были рассмотрены  все виды диэлектрика и материала  проводника.  Расчет не дал ожидаемого результата, т.е.  
 
 
 
 
 
 

 

5 Область возможного  применения

     На  основе МПЛ конструируются многие элементы и узлы сверхвысоких частот техники:

     - направленные ответвители;

     - циркуляторы;

     - делители мощности;

     - печатные схемы;

     - смесительные и детекторные оловки и т.д.

     ПЛ, МПЛ — единственный тип линий передачи СВЧ сигналов, обеспечивающий возможность комплексной микроминиатюризации радиотехнических устройств и допускающий изготовление устройств СВЧ в интегральном исполнении.

 

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     В данном курсовом проекте был произведен расчет десяти связанных микрополосковых  линии и их параметров, согласно заданным расчетным требованиям. Результаты расчета представлены в таблице 1.

     Таблица 1.

 

    При - видно, что P1=0 при всех значениях затуханий. Значения α велики у всех данных конструкций СМПЛ, следовательно, применять линии при l_мин=11(м) на заданной частоте f₀=2,5(ГГц) не целесообразно.

     При - малая часть входной мощности сигнала начинает передаваться по линии  при  W/h =4,5 и при W/h=75 максимально, а затем убывает.

     Оптимизировать  рассчитанные СМПЛ для данной рабочей  частоты можно только путем уменьшения длины линии. 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 
 

1. Никольский  В. В., Никольская Т. И. Электродинамика  и распространение радиоволн: Учеб. Пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.-544с
2. Петров Б.М. электродинамика и распространение радиоволн: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия - Телеком, 2003. -558с.: ил.
3. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов; Под ред. Г. И. Веселова. – М.: Высш. шк., 1988.-280с.: ил.
4. Справочник по элементам полосковой техники. Под ред. А. Л. Фельдштейна. - М.: Связь. 1979. 366с., ил.   
5. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др.; Под ред. В.И. Вольмана- М.: Радио и связь 1982.- 328 с., ил.
6. Справочник по элементам полосковой техники / Мазепова О.И., Мещанов В. П., Прохорова Н.И., Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р./ Под ред. А.Л. Фельдштейна.- М.: Связь, 1979. 336 с., ил.
7. Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ. Пер. с англ. Под ред. А.З. Фрадина. М., «Связь», 1976. 152 с. с ил.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Рисунок 1 - Графики четной и нечетной форм волнового сопротивления СМПЛ нулевой толщины на подложке с диэлектрической постоянной εr=9,6 (окись алюминия)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В