|
Фильтры полосовые с электромагнитной связью между резонаторамиСтр 1 из 2Следующая ⇒ Фильтры Фнч Фильтр нижних частот из отрезков микрополосковой линии показан на рис. 32.1. Секции фильтра нижних частот имеют одинаковую фазовую длину, но разные волновые сопротивления. Типовая частотная характеристика вносимого затухания приводится на рис. 32.2. Фильтры подобного типа используются в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц. Рис. 32.1. Фильтр нижних частот [2] Рис. 32.2 Частотная характеристика вносимого затухания ФНЧ из секций МПЛ одинаковой длины [2] Расчет фильтра производится по следующей методике. Задают: волновое сопротивление тракта Z0; граничную полосу пропускания ФНЧ f2; максимально допустимый в полосе пропускания КСВ или величину вносимого затухания Аn (дБ), связанного с КСВ следующим соотношением: граничные частоты полосы заграждения f3 и f4, минимально допустимую в полосе заграждения величину вносимого затухания Ав. Выбирают: материал подложки ε и толщину h подложки. Определяют: число секций ФНЧ n; относительную длину секций lλ; волновые сопротивления секций Zi; геометрические размеры секций ФНЧ Wi и li. Необходимое число секций ФНЧ определяется по формуле Значение n, вычисленное по формуле (4.2), округляют до ближайшего большего нечетного числа. Соотношение определяют из таблицы. При этом: – для обеспечения требуемой полосы заграждения необходимо выполнения условия: – для обеспечения заданной величины Аз в полосе заграждения необходимо выполнение следующего условия: где fмах соответствует λмах, при которых l =0,25 (величина А λ мах приведена в мах таблице для каждого из значений lλ); – значения Zi в табл. 4.1 для определенного lλ должны быть реализуемы для выбранного материала и толщины подложки. Фильтры полосовые с электромагнитной связью между резонаторами Структура фильтра на полуволновых разомкнутых на конце резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями изображено на рис.32.3. Типовые частотные характеристики вносимого затухания фильтров с максимально-плоской и чебышевской характеристиками представлены на рис. 32.4,а-б. Расчет фильтров с максимально плоской и чебышевской характеристиками производится следующим образом. Задают: волновое сопротивление тракта Z0; граничные частоты f1 и f2 полосы пропускания; максимально-допустимый уровень затухания Аn в полосе пропускания; граничные частоты низкочастотной f3 и высокочастотной f4 полос заграждения фильтра; минимально-допустимое затухание Аз в полосе заграждения. Выбирают: материал подложки ε и толщину h подложки. Определяют: ширину МПЛ тракта СВЧ W0 и ширину полосок резонаторов Wi, величину зазоров Si, длины резонаторов li, укорочение концов резонаторов ∆li. По заданным частотам f1, f2, f3, f4 определяют необходимое число резонаторов n фильтров по следующим формулам: – с максимально плоской характеристикой – с чебышевской характеристикой Рис. 32.3. Фильтр на полу волновых разомкнутых резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями [2] Рис. 32.4. Типовых характеристики фильтров: (а) – максимально плоская характеристика, (б) – чебышевская характеристика. [2]
Мосты и делители мощности В технике СВЧ мостовые схемы обычно используются как делители мощности на два канала (в равных отношениях при высокой развязке между ними) и как балансные смесители с высокой развязкой между входными каналами. При использовании мостовой схемы в качестве делителя, энергия подается в плечо 1, распределение мощности энергии происходит в равном соотношении между плечами 2 и 4, а при подаче мощности в плечо 2 энергия распределяется между плечами 1 и 3. В первом случае в плече 3, а во втором–в плече 4 устанавливается оконечная нагрузка. При использовании мостовой схемы в качестве смесителя энергия подается в плечи 1 и 3, выходными плечами будут 2 и 4. Регенеративный усилитель. Регенеративный резонансный усилитель СВЧ представляет собой колебательный контур или резонатор, настроенный в резонанс с входным сигналом, причём в контур тем или иным способом вносится отрицательное сопротивление, компенсирующее потери. Энергия сигнала, поступающая из антенны в колебательный контур, расходуется на потери эквивалентного контура, определяемые потерями в самом контуре и потерями в подключенной к контуру нагрузке. Если к контуру подключить двухполюсник с отрицательным сопротивлением, то результирующие потери в контуре уменьшатся, а мощность сигнала в нагрузке возрастёт. При этом мощность сигнала из антенны передаётся в нагрузку (например, на вход первого усилительного каскада) без ослабления. Если вносимое в контур отрицательное сопротивление больше собственного сопротивления контура, то есть частично компенсирует не только потери в контуре, но и поглощение энергии нагрузкой, то мощность сигнала в нагрузке оказывается больше, чем мощность сигнала от антенны, и произойдёт усиление сигнала. Если вносимое отрицательное сопротивление полностью компенсирует потери эквивалентного контура вместе с нагрузкой, то в контуре возникнут незатухающие колебания, то есть усилитель превратится в генератор. С увеличением вносимого в контур отрицательного сопротивления добротность контура возрастает, усиление увеличивается, но уменьшается полоса пропускания. Рассмотрим схему колебательного контура, имеющего потери (Rк) и нагруженную на активное сопротивление Rн. С помощью положительной обратной связи либо с помощью элементов, обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением, в контур вносится отрицательная проводимость – G (рис. 38.3).
Рис. 38.3. Схема колебательного контура с компенсацией потерь (а) и его эквивалентная схема на резонансной частоте (б) [1].
Источник сигнала в эквивалентной схеме (б) заменён эквивалентным генератором тока Iс, имеющим внутреннюю проводимость Gc. Как следует из рисунка (б) на резонансной частоте суммарная проводимость, нагружающая источник, равна:
Если ( т. е. G мала), то контур будет пассивно потреблять и рассеивать энергию источника сигнала. Если , то в контуре за счёт источника питания будут поддерживаться незатухающие колебания, т. е. он будет регенеративным генератором. Если т. е. отрицательная проводимость компенсирует положительную проводимость, то контур будет усиливать сигнал за счёт энергии, затрачиваемой на внесение в контур отрицательной проводимости, т. е. будет регенеративным усилителем. Реализацию регенеративного усилителя можно пояснить на примере усилителя, на туннельном диоде (рис. 38.4). Рис. 38.4. Регенеративный усилитель на туннельном диоде [1].
Туннельный диод – это прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью. Его ВАХ приведена на рис. 38.5. Рис. 38.5. Вольт – амперная характеристика туннельного диода [1].
На участке 2 – 3 у диода появляется отрицательная проводимость. Если подключить диод к контуру, то эквивалентная схема такого устройства будет точно соответствовать схеме изображённой на рис. 38.3.б. Как следует из рис. 38.4 источник сигнала и нагрузка, подключены к регенеративному усилителю в одних и тех же точках “а” и “б”. Поэтому будут усиливаться как сигнал, так и собственные шумы нагрузки. Для снижения коэффициента шума усилителя необходимо исключить попадание шумов нагрузки в регенеративный усилитель. В диапазоне СВЧ это обычно достигается применением специальных устройств – циркуляторов. Циркулятор – это устройство, обеспечивающее направленное распространение потока электромагнитных волн. Упрощённая схема регенеративного усилителя с циркулятором приведена на рис. 38.6.
Рис. 38.6. Структурная схема регенеративного усилителя с циркулятором [1].
Энергия принимаемого сигнала от источника Uс попадает в плечо 1 циркулятора (Ц). Далее распространяясь по часовой стрелке, она попадает через плечо 2 в усилитель. Усиленный сигнал через плечо 3 поступает в нагрузку. При несогласованной нагрузке часть энергии усилителя отражается от нагрузки и вместе с её шумами попадает через плечо 4 в согласованный балласт, где и поглощается. Таким образом, шумы нагрузки не подвергаются повторному усилению, благодаря чему достигается уменьшение коэффициента шума усилителя. Среди существующих конструкций циркуляторов широко распространены ферритовые, на основе объёмных волноводов и плоские микрополосковые с плёночными ферритовыми элементами. 39. Параметрический усилитель. Физические принципы, положенные в основу действия параметрических усилителей (ПУ) можно рассмотреть на примере колебательного контура, ёмкость которого можно изменять, варьируя расстояние между обкладками конденсатора (рис. 39.1). Временные диаграммы, поясняющие процессы в контуре, приведены ниже. Рис. 39.1. Принцип работы параметрического усилителя [1].
Предположим, что на контур действует гармоническое напряжение с периодом Т. При этом напряжение U и электрический заряд q на конденсаторе, также будут меняться по гармоническому закону. Если уменьшать ёмкость конденсатора, быстро раздвигая пластины в моменты максимума напряжения на нём, то напряжение на конденсаторе U=q/C будет возрастать, так как заряд q сохраняется неизменным, а ёмкость С уменьшается. В моменты перехода напряжения U через ноль пластины конденсатора необходимо возвращать в исходное положение. Таким образом, периодическое изменение ёмкости конденсатора вызывает нарастание амплитуды колебаний U, т. е. происходит усиление напряжения. Усиление достигается за счёт энергии, затрачиваемой на раздвижение пластин конденсатора. Таким образом, каждые полпериода в контур как бы накачивается дополнительная энергия. Устройство, обеспечивающее накачку энергии, за счёт которой происходит усиление в ПУ, называется генератором накачки. Период накачки должен быть в 2 раза меньше периода усиливаемого колебания. В схемах ПУ на СВЧ в качестве управляемого конденсатора используются варикапы. Усиление сигнала в контуре с параметрической ёмкостью можно трактовать как результат внесения в контур отрицательного сопротивления, приводящего к уменьшению потерь в контуре и возрастанию его добротности. Следовательно, ПУ можно рассматривать как регенеративный. Как известно, реактивное сопротивление не вносит в схему теплового шума, поэтому ПУ являются малошумящими. Из вышеизложенного следует, что в параметрическом усилителе имеются колебания с частотами сигнала и накачки и . Кроме того, с учётом нелинейности параметрической ёмкости, в усилителе появятся гармоники и колебания с комбинационными частотами Каждую из этих частот можно выделить с помощью резонансной системы. Поэтому обобщённая структурная схема ПУ будет иметь вид, представленный на рис. 38.2.
Рис. 38.2. Структурная схема параметрического усилителя [1].
Для этой схемы можно составить уравнение баланса мощностей.
Учитывая, что мощность колебания Р, его частота f и энергия W связаны соотношением P=fW получим:
Если цепь поглощает мощность, то её обозначают со знаком “+”, если она отдаёт мощность, то со знаком “–”. В рассматриваемой схеме цепь комбинационной частоты пассивная (не содержит источника энергии), она может только поглощать энергию и её мощность всегда будет положительной. Мощности сигнала и накачки в зависимости от соотношения частот могут иметь знак как “+” так и “–”. Нас будет интересовать случай когда и , тогда уравнение баланса энергий: или
Это равенство может быть выполнено, если: и Отсюда следует, что: , . Равенства возможны при и Это означает, что энергия, подводится к цепи комбинационной частоты и частоты сигнала, компенсируя потери в них, т. е. в этом случае возможно регенеративное усиление сигнала. Когда частота накачки в 2 раза выше частоты сигнала, т. е. , то комбинационная частота равна частоте сигнала . При этом усиление происходит только на частоте сигнала. Усилитель с таким соотношением частот называется одноконтурным. Его структурная схема приведена на рис. 38.3.
Рис. 38.3. Структурная схема одноконтурного параметрического усилителя [1]. В таком усилителе нагрузка подключается к тому же контуру, к которому подводится усиливаемый сигнал. Поэтому будет происходить усиление, как сигнала, так и шумов нагрузки. Для предотвращения этого, нагрузку следует подключить через циркулятор. На параметрической ёмкости можно выполнить преобразователь частоты (рис. 38.4).
Рис. 38.4. Регенеративный усилитель – преобразователь [1].
Для этого необходимо обеспечить условие: В этом случае в цепь комбинационной частоты подводится мощность не только от генератора накачки, но и от источника сигнала, а усиление происходит только на комбинационной частоте. Конструктивно резонансные системы СВЧ ПУ выполняются в виде отрезков объёмных и полосковых волноводов. Энергия в такие системы подаётся с помощью щелей и штырей.
40. Надежность РЭА, основные понятия и определения. Основные понятия и количественные характеристики надежности.
Современные радиоэлектронные аппараты являются сложными техническими устройствами, которые могут содержать до нескольких тысяч различных элементов. Аппаратура должна удовлетворять целому ряду технических требований, определяющих ее параметры и характеристики. Число таких требований может исчисляться десятками и все они оговариваются в технических условиях (ТУ).
Рис. 40.1. Характер функций Р (t) и q (t) [1].
Интенсивность отказов λ (t) или условная плотность вероятности возникновения отказов определяется статистически числом изделий Рис. 40.2. Зависимость λ (t) от времени [1]. На ней можно выделить три характерных участка. Участок 1 отражает этап приработки аппаратуры и имеет повышенную интенсивность отказов вследствие проявления скрытых дефектов, недоброкачественного материала, производственного брака. По мере «выжигания» дефектов интенсивность отказов снижается. Период приработки может составлять для РЭА от десятков до сотен часов. На участке нормальной работы 2 отказы возникают внезапно под влиянием многих случайных факторов и их появление равновероятно во времени, т.е. λ (t) = λ = const. Рис. 40.3. Экспоненциального закона надежности [1].
На этапе нормальной работы Т0 = 1 / λ0. Поэтому Р (t) = е.
41. Методика Расчетной оценки надежности РЭА В простейшем случае при расчетной оценке надежности принимают два допущения: Располагая информацией о надежности элементов, из которых состоит конкретный аппарат, можно рассчитать его надежность. При этом обычно аппарат условно разделяют на функциональные или конструктивные блоки, рассчитывают надежность этих блоков, а затем и надежность аппарата в целом. Параметр потока отказов каждого блока определяется через интенсивность отказов элементов. При этом следует, по возможности, учесть влияние условий эксплуатации, температуры и рабочего режима на интенсивность отказа каждого элемента. Деление аппарата на блоки позволяет уже на этапе проектирования выявить наиболее слабые из них по критерию надежности и принять меры к ее повышению. Для конденсаторов – это Кн = Uраб / Uном,
Список литературы: 1. Садомовский, А. С. Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи: учебное пособие для студентов специальности 21020165 / А. С. Садомовский. −Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 243 с. 2. Проектирование полосковых устройств СВЧ. Учебное пособие Ульяновск: УлГТУ, 2001
Фильтры Фнч Фильтр нижних частот из отрезков микрополосковой линии показан на рис. 32.1. Секции фильтра нижних частот имеют одинаковую фазовую длину, но разные волновые сопротивления. Типовая частотная характеристика вносимого затухания приводится на рис. 32.2. Фильтры подобного типа используются в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц. Рис. 32.1. Фильтр нижних частот [2] Рис. 32.2 Частотная характеристика вносимого затухания ФНЧ из секций МПЛ одинаковой длины [2] Расчет фильтра производится по следующей методике. Задают: волновое сопротивление тракта Z0; граничную полосу пропускания ФНЧ f2; максимально допустимый в полосе пропускания КСВ или величину вносимого затухания Аn (дБ), связанного с КСВ следующим соотношением: граничные частоты полосы заграждения f3 и f4, минимально допустимую в полосе заграждения величину вносимого затухания Ав. Выбирают: материал подложки ε и толщину h подложки. Определяют: число секций ФНЧ n; относительную длину секций lλ; волновые сопротивления секций Zi; геометрические размеры секций ФНЧ Wi и li. Необходимое число секций ФНЧ определяется по формуле Значение n, вычисленное по формуле (4.2), округляют до ближайшего большего нечетного числа. Соотношение определяют из таблицы. При этом: – для обеспечения требуемой полосы заграждения необходимо выполнения условия: – для обеспечения заданной величины Аз в полосе заграждения необходимо выполнение следующего условия: где fмах соответствует λмах, при которых l =0,25 (величина А λ мах приведена в мах таблице для каждого из значений lλ); – значения Zi в табл. 4.1 для определенного lλ должны быть реализуемы для выбранного материала и толщины подложки. Фильтры полосовые с электромагнитной связью между резонаторами Структура фильтра на полуволновых разомкнутых на конце резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями изображено на рис.32.3. Типовые частотные характеристики вносимого затухания фильтров с максимально-плоской и чебышевской характеристиками представлены на рис. 32.4,а-б. Расчет фильтров с максимально плоской и чебышевской характеристиками производится следующим образом. Задают: волновое сопротивление тракта Z0; граничные частоты f1 и f2 полосы пропускания; максимально-допустимый уровень затухания Аn в полосе пропускания; граничные частоты низкочастотной f3 и высокочастотной f4 полос заграждения фильтра; минимально-допустимое затухание Аз в полосе заграждения. Выбирают: материал подложки ε и толщину h подложки. Определяют: ширину МПЛ тракта СВЧ W0 и ширину полосок резонаторов Wi, величину зазоров Si, длины резонаторов li, укорочение концов резонаторов ∆li. По заданным частотам f1, f2, f3, f4 определяют необходимое число резонаторов n фильтров по следующим формулам: – с максимально плоской характеристикой – с чебышевской характеристикой Рис. 32.3. Фильтр на полу волновых разомкнутых резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями [2] Рис. 32.4. Типовых характеристики фильтров: (а) – максимально плоская характеристика, (б) – чебышевская характеристика. [2]
Мосты и делители мощности В технике СВЧ мостовые схемы обычно используются как делители мощности на два канала (в равных отношениях при высокой развязке между ними) и как балансные смесители с высокой развязкой между входными каналами. При использовании мостовой схемы в качестве делителя, энергия подается в плечо 1, распределение мощности энергии происходит в равном соотношении между плечами 2 и 4, а при подаче мощности в плечо 2 энергия распределяется между плечами 1 и 3. В первом случае в плече 3, а во втором–в плече 4 устанавливается оконечная нагрузка. При использовании мостовой схемы в качестве смесителя энергия подается в плечи 1 и 3, выходными плечами будут 2 и 4. ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|