Главная  Микроэлектронные устройства сверхвысоких частот 

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

циента передачи составляет +1,5°. Делители, выполненные по вариантам 4-6, имеют более узкую полосу. В широкой полосе частот (более 50 %) коэффициенты отражения входов делителей по вариантам 4-6 достигают 0,5 (AZ,2i = -1,24 дБ), нелинейность аргумента коэффициента передачи превышает + 10 °. КСВ выходов и развязки между выходными каналами показаны на рис. 2.20.

Рассмотрены не все возможные сочетания длин соединительных линий, при которых делитель имеет малые амплитудно-фазовые искажения в заданной полосе частот. В полосе частот несколько десятков процентов слабоискаженные коэффициенты передачи можно получить и при длинах соединительных линий, не кратных Л/4. Рассмотрим расчет частотных характеристик еще одного варианта делителя на 64 канала [12], в котором длины соединительных линий передачи между I и 2, 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6 рядами соответствуют: 0,59Ло; 1,06Ло; 0,66Ло; 0,48Ло; 0,88Ло (Ло - длина волны на центральной частоте), а в моделях двухканальных элементов учтены длины развязывающих резисторов /рез - 0,25Ло/4. Характеристики делителя изображены на рис. 2.21. АЧХ и ФЧХ изрезаны, а участки равномерной АХЧ, линейной ФЧХ и максимальной развязки смещены в область высоких частот. Изрезанность характеристик обусловлена наличием соединительных линий между двухканальными элементами. На смещение участков равномерной АЧХ, линейной ФЧХ и развязки влияет длина развязывающих резисторов. Таким образом, в полосе частот 40 % делитель имеет малые амплитудно-фазовые искажения и достаточно высокую развязку между выходными каналами.

Сравним приведенные выше характеристики с характеристиками делителя на 64 канала, выполненного из двухканальных элементов с резистором, включенным через полуволновые отрезки (см. табл. I). Длины соединительных линий между рядами выбраны такими же, как и в предыдущем делителе. Характеристики показаны на рис. 2.22. Делитель имеет значительно узкую полосу пропускания по низкому уровню КСВ входа и выходов и равномерности коэффициента передачи.

6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕЛИТЕЛЕЙ. ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ МОСТОВЫХ УСТРОЙСТВ

Рассмотрим характеристики делителя на 16 каналов, выполненного по параллельной схеме из кольцевых мостов. Длины соединительных линий между рядами элементов в делителе равны нулю. На рис. 2.23, а показаны КСВ входа Кап и наихудшего выхода /Сете, на рис. 2.23, б - максимально неравномерные амплитуды коэффициентов передачи двух каналов делителя (амплитуды коэффициентов передачи других каналов лежат между кривыми Li.i, и Li ) и развязка между выходными каналами L23 (развязки между другими каналами больше /,2з). Из приведенных результатов можно заключить, что к основным недостаткам делителя относятся разбросы амплитуд и фаз между выходными каналами, которые с увеличением полосы частот увеличиваются.


Lull

1гз 26

2i 22

Рис. 2 23. Характеристики делителя на 16 каналов из кольцевых мостов

Ист 1,6

Нет

. ъ

А

----

-0.2 -0,1


-0,2 -0.

0,1 If


Рис. 2.24. Характеристики делителя на 16 каналов из мостов на сочленных квадратах

Рис. 2.25. Характеристики делителя на 16 каналов из модифицированных кольцевых мостов

ffcT 1,2

(jcTf

0,2 -0,1 О 0,1 (f

L 13

-0,2 -0,1 О 0,1 (f


&%





Делители, выполненные на мостах из сочлененных квадратов и симметричных кольцевых мостах, вследствие симметрии элементов не имеют разбросов амплитуд и фаз между каналами. На рис. 2.24 и 2.25 изображены частотные характеристики делителей на 16 каналов, построенных из мостов на сочлененных квадратах и на модифицированных кольцевых мостах. Таким образом, делители, выполненные на мостах из сочлененных квадратов, имеют малые диссипативные потери в узкой полосе частот. С увеличением полосы частот диссипативные потери существенно возрастают из-за рассеяния мощности в балластных резисторах. В делителях, выполненных на симметричных кольцевых мостах, диссипативные потери достигают 0,4 дБ в полосе частот 30 %. В делителях, построенных из двухканальных направленных делителей с точечными резисторами, диссипативных потерь за счет рассеяния мощности в балластных резисторах вообще нет [54], но с увеличением длин балластных резисторов потери увеличиваются и для делителя на 8 каналов составляют 0,3 дБ при длине резистора 0,ЗЛо/4 в полосе частот 30 %.

7. рекомендации ДЛЯ проектирования делителей (сумматоров) мощности

Для построения многоканальных делителей, предназначенных для работы в полосе частот 1-3 %, пригодны любые из рассмотренных выще элементов деления с учетом передаваемой мощности и топологии элемента. При больших мощностях, передаваемых в нагрузки с переменными коэффициентами отражений, или при использовании делителя в режиме суммирования, рекомендуется применять кольцевые мосты, симметричные кольцевые мосты, мосты на сочлененных квадратах, устройства, у которых балластные резисторы включены по параллельной схеме и способны рассеивать большие мощности. Топология элемента учитывается следующим образом: это удобство объединения элементов в многоканальную систему, расположение выходов двухканального делителя относительно входа и балластных резисторов, габаритные размеры элемента.

В делителях, предназначенных для работы в полосе частот 10- 15 %, желательно избегать применения кольцевых мостов и мостов из сочлененных квадратов. Как было показано выше, многоканальные устройства с такими элементами деления имеют разброс АФХ каналов и повышенные потери соответственно. Широкополосные делители (полоса пропускания больше 10-15 %) предпочтительно выполнять на направленных двухканальных делителях или симметричных кольцевых мостах. При этом необходимо учитывать мощность рассеяния в балластных резисторах элементах деления.

При расчетах частотных характеристик делителей можно ограничиться расчетом КСВ входа и коэффициентов передачи. По этим параметрам выбрать вариант делителя и рассчитать все частотные характеристики.

Глава 3

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

J. основные требования к избирательным устройствам и их параметры

Избирательные устройства (фильтры) предназначены для подавления колебаний одних частот и пропуска колебаний других частот. Они используются для согласования комплексных нагрузок, формирования частотного канала, деления частотного канала на несколько более узких частотных каналов (мультиплексеры). Рассмотрим лишь устройства, формирующие один или несколько частотных каналов.

Микроэлектронные фильтры можно разделить по способу реализации на следующие типы [9, 31, 62, 72, 127]: тип 1 -с параллельно связанными полуволновыми резонаторами (рис. 3.1*); тип 2 - с параллельными и последовательными шлейфами длиной AJi, где А„ - длина волны в линии, соответствующая средней частоте полосы пропускания (рис. 3.2); тип 3 -с полуволновыми шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями (рис. 3.3, а); тип 4 - на встречных стержнях (рис. 3.3, б); тип 5 - на одиночной полосковой линии с зазорами (рис. 3.3, в); тип 6 - на меандровых линиях (рис. 3.4); тип 7 - направленные (рис. 3.5); тип 8 - на диэлектрических резонаторах (рис. 3.6, а); тип 9 -на нерегулярных полосковых линиях (рис. 3.6, б). В таблице 4 приведены рекомендации по выбору типа линии при построении полосно-пропускающих фильтров этих типов.

Таблица 4

Полоса пропускания

Потери в полосе пропускания

миии-иальные

не лимитированы

Габаритные размеры

мини -мальные

ие лимитированы

Крутизна скатов

большая

не лими Тированная

Тип линии

для реализации

1,4, 7, 8

,2, 4, 5,6 ,2, 5, 6

2,5 2

1,2,3, 4, 6,9 1,2,3, 6 2,3 2,3

1,2, 3, 4, 6,9 1,2,3, 6 2,3 2,3

5, 7,8 5, 7

6*. 4, 9 6

1,3, 5, 7, 8 1,3, 5, 7

3, 4, 7, 8* 3, 7

1,2, 5, 6,9 1,2, 5, 6

2,5 2

МПЛ

КЛ МПЛ, ЩЛ

Примечания: I. Цифры обозначают тип фильтра.

2. Звездочкой отмечены особенно хорошие параметры.

3. Таблица годна до частоты 15 ГГц.

Рассмотрим кратко особенности указанных типов фильтров. Фильтр типа 1 на связанных линиях имеет,значительные размеры, если он не сворачивается в меандр, т. е. не превращается в фильтр

(ППФ).

Размеры на всех рисунках даны для полосно-пропускающих фильтров




Рис. 3.1. Фильтр типа I:

ас закороченными резоиатарами; в - с разомкнутыми резонаторами

Рис. 3.2. Фильтры типа 2:

а - на МПЛ с закороченными резонаторами; б -на МПЛ с разомкнутыми резонаторами; в - на ЩЛ: г - на комбинации ЩЛ и МПЛ




- I

Рис. 3.3. Фильтр типа 3 на КЛ (о); фильтр типа 4 - на МПЛ (б) и фильтр типа 5 (в)

Рис. 3.4. Фильтр типа 6:

а - полосио-пропускающий; б ре-жекториый



а д

Рис. 3.5. Фильтр типа 7


Рис. 3.6. Фильтр типа 8 (а) и фильтр типа 9 на МПЛ (б)

типа 6, который максимально использует площадь подложки. Фильтры типов 2 и 3 с параллельными и последовательными щлейфами удобно выполнять на комбинациях ЩЛ и МПЛ. Фильтр типа 7 (рис. 3.5, б) интересен тем, что от полюса 1 к полюсу 4 - это узкополосный пропускающий, а от полюса 1 к полюсу 2-узкополосный заграждающий. Его недостаток -большие потери в полосе пропускания (порядка 3 дБ). Фильтр типа 8 на диэлектрических резонаторах имеет крутизну скатов в 3-4 раза больше, чем фильтры на МПЛ, вследствие относительно высокой добротности диэлектрических резонаторов (2 10). Этот фильтр представляет цепочку диэлектрических резонаторов, расположенных'на подложке с МПЛ, которые связаны с первым и последним резонаторами.

Фильтр типа 9 имеет ряд достоинств: отсутствие паразитных полос пропускания, малые габаритные размеры и потери. Недостаток- небольшая крутизна скатов.

Полосно-заграждающие фильтры (ПЗФ) обычно аналогичны фильтрам типов 2, 3, 6, 7 с тем отличием, что длина шлейфов меняется на + AJi по сравнению с ППФ.

Для расчета фильтров необходимо знать их основные параметры. Рабочее затухание (в разах) выражается через элементы волновых нормированных матриц передачи [Т] и рассеяния [S]:


Рис. 3.7. Чебышевская АЧХ полосового фильтра:

La - рабочее затухание за счет дисси-патнвных потерь

TuP = 1/1 Sail

где Гц является элементом нормированной матрицы передачи и комплексным рабочим коэффициекто.м передачи.

Фазочастотная характеристика фильтра (ФЧХ) является частотной зависимостью фр (/).

Фаза рабочего коэффициента передачи

Фр = агёТ11 = агс1ё^\

Время прохождения сигнала с частотой / через фильтр (групповое время)

р = й(Фр)/й(2л/),

где фр выражается в радианах; 2я/ -в рад/с.

Для расчета фильтра задаются несколькими точками АЧХ [62J: пр - рабочее затухание, дБ, на граничных частотах /ni и / 2 полосы пропускания (рис. 3.7); La - рабочее затухание фильтра на граничных частотах /,i и f2 полосы заграждения; /п2 п1 = (2 + -f-Япр)/(2 - Япр)- соотношение граничных частот полосы пропус-



1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31