Design and technology of radio-engineering devices
Y. O. FILIMONOVA ФИЛИМОНОВА Ю.О
II. Т ЕОРИЯ
155 978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE
Проектирование Трансформаторов
Сопротивлений на Базе Аттенюаторов П - и Т – Типа
Александр С. Митьков, Алексей А. Столяренко, Артем А. Азарный
Новосибирский Государственный Технический Университет, Новосибирск, Россия
Аннотация – В представленной статье описывается расчѐт трансформаторов сопротивлений на базе аттенюаторов П - и Т - типа на сосредоточенных резисторах. Необходимость таких аттенюаторов возникает при реализации делителей и сумматоров, трансформаторов сопротивлений, где с одной стороны эквивалентное сопротивление имеет одно значение, с другой стороны другое значение. Если согласующая цепь состоит из резистивных элементов, то согласование полных сопротивлений достигается уменьшением мощности, поступающей от генератора в нагрузку.
Ключевые слова – Трансформатор сопротивлений, аттенюатор, СВЧ.
I.
В
ВЕДЕНИЕТТЕНЮАТОРЫ – это электронные устройства, которые ослабляют проходящий через него сигнал в необходимое количество раз без существенного искажения его формы. По определению коэффициент передачи аттенюатора меньше единицы, амплитудно- частотная характеристика имеет малую неравномерность, а фазочастотная характеристика в первом приближении близка к линейной. Следует отметить, что использование аттенюатора между генератором и нагрузкой приводит к улучшению коэффициент стоячей волны (КСВ) в случае, когда нагрузка плохо согласована с генератором. В этом случае, при несогласованной нагрузке аттенюатор является развязывающим устройством.
Аттенюаторы представляют собой пассивные СВЧ устройства, выполненные из резистивных элементов, например, планарных пленочных резисторов [1].
Согласованные аттенюаторы на сосредоточенных резисторах обычно реализуют по схемам Т-типа и П- типа, как показано на рис. 1. Такие аттенюаторы способны ослаблять входной сигнал в широкой полосе частот, включая низкие частоты вплоть до нулевой частоты. Однако для более высоких частот всѐ осложняется паразитными реактивными параметрами резистивных элементов, влияние которых необходимо тщательно компенсировать для уменьшения КСВ.
Рис. 1. Т- и П-образные согласованные аттенюаторы.
156 -где
R
ИСТ – сопротивление подводящей линии, оно равно входному сопротивлению, относительно зажимов«а» и «b»;
R
H – сопротивление нагрузки, оно равно входному сопротивлению аттенюатора относительно зажимов «с» и «d»; K – коэффициент передачи по мощности, выраженный в относительных единицах.Приведенные выше уравнения составлены исходя из условия согласования аттенюатора по входу и выходу.
Третье уравнение описывает связь между коэффициентом передачи аттенюатора и величинами сопротивлений резисторов. Решение этой системы уравнений проводится численным методом относительно искомых значений R1, R2, R3 в среде Matcad.
1
25 25 50 50 2 3 50
( ) 1 1
K K K
R K K K
(4)
2
50 50 2 3 50 50 50
( ) 1 1
K K K
R K K K
(5)
3
50 50 2 3 50
( ) 1
K K
R K K
(6)
Расчеты по полученным соотношениям показывают, что минимальное затухание, которое можно получить в Т- схеме аттенюатора равно 5,72 Дб. Данное затухание достигается тогда, когда R3 равно нулю, а сопротивление нагрузки не равно сопротивлению генератора. В этом случае Т-образная схема аттенюатора преобразуется в Г- образную.
Для расчета значений резисторов аттенюатора П- типа также была составлена аналогичная систему уравнений, как и в предыдущем случае из условий обеспечения режима согласования с генератором и нагрузкой:
2 3 3 2
1
3 1 2 1 2 3
( )
( ) ( )
ИСТ Н
Н
R R R R R
R R
R R R R R R R
(7)
2 1 1 2
3
1 3 2 1 2 3
( )
( ) ( )
Н ИСТ
ИСТ
R R R R R
R R
R R R R R R R
(8)
Для коэффициента передачи аттенюатора, составим третье уравнение системы
2 2
1 3
2 2
2 3 1 3
3
( H ) ( H)
H
К R R
R R R R R R
R R
(9)
Решение этой системы уравнений проводится численным методом относительно искомых значений R1, R2, R3 в среде Matcad.
2
1 2
2 2
2
2
3600 2400
1350 3 6 2
( ) 81 36 36
7200 (3 2)
(3 6 2) (81 36 36)
2700 (3 2)
(3 6 2) (81 36 36)
600
81 36 36
K K
K K
R K K K
K K
K K K K
K K
K K K K
K K
(10)
2
2
900 600
( ) (3 6 2) 36 (3 6 2)
675 1800 (3 2)
36 36 (3 6 2)
675 (3 2) 300
36 (3 6 2) 36
R K K
K K K K K
K K
K K K K
K K
K K K K
(11)
3
225 150
( ) 3 6 2
R K K
K K
(12)
III.
В
ЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Рассмотренные в данной работе структуры аттенюаторов, выполненные на основе планарных пленочных резисторов, нанесенных на бериллиевую керамику, применимы в метровом и дециметровом диапазоне длин волн на уровне входной СВЧ мощности до 120 Ватт.
2. Рассмотренные схемы П - и Т – аттенюаторов, а также частный случай Г-образного аттенюатора на двух резисторах обеспечивают согласование и затухание в большом динамическом диапазоне заданных значений коэффициента передачи и могут широко применятся в современной радиоэлектронной аппаратуре.
Работа выполнена по госзаданию Минобрнауки РФ шифр 8.6847.2017/БЧ
С
ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ [1] М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, В.П. РазинкинСверхширокополосные аттенюаторы высокого уровня мощности:
монография//Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2015. - 332 с.
[2] В.В. Блинов, А.В. Негробов Мощный аттенюатор //Антенны, Фидерные устройства, выпуск 8 (123), 2007, - С. 52-54.
[3] А.А. Столяренко, М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, К.Я.
Аубакиров Моделирование 50/75 Ом транесформатора с потерями в полосе 1,3 ГГц, на мощность 50 Вт // Вопросы радиоэлектроники:
техника СВЧ. – Москва, 2015, - С. 132-138.
157 Столяренко Алексей Андреевич – Аспирант кафедры общей физики, Новосибирского Государственного Технического Университета. Автор 11 научных статей.
Митьков Александр Сергеевич – Аспирант кафедры общей физики, Новосибирского Государственного Технического Университета. Автор 7 научных статей.
Азарный Артем Александрович – студент
кафедры радиоприемных и
радиопередающих устройств,
Новосибирского Государственного Технического Университета.
158 978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE
Фазовращатель на Основе Транснаправленного Ответвителя с Развязкой по Постоянному Току
ВЧ-тракта и Цепи Управления
Александр Н. Сычев, Senior Member, IEEE, Николай Ю. Рудый, Игорь М. Добуш, Константин К. Жаров Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Томск, Россия
Аннотация – Предложены новая схема и конструкция отражательного фазовращателя на основе транснаправленного ответвителя с развязкой по постоянному току ВЧ-тракта и цепи управления.
Ответвитель выполнен как трѐхмерная вертикально установленная планарная структура. Макет аналогового фазовращателя, использующий GaAs варикапы, работает в диапазоне частот 3,5 – 5,3 ГГц (40%) со средними потерями менее 1 дБ и обеспечивает плавно управляемый фазовый сдвиг 0 – 65° с амплитудной вариацией не более 0,15 дБ на частоте 4,5 ГГц.
Ключевые слова – Фазовращатель, вертикальная вставка, транснаправленный ответвитель.
I. ВВЕДЕНИЕ
Одним из важных компонентов систем СВЧ является фазовращатель (ФВ). Хорошо известны пять типов ФВ:
нагруженная линия; переключаемые линии; отражатель- ный; ФНЧ/ФВЧ типа и векторный [1], [2].
Фазовращатель отражательного типа строится на квад- ратурном мосте (т.е. 3 дБ/90° ответвителе) и паре от- ражающих нагрузок. При этом, существует три основных типа ответвителей: прямой (т.е. сонаправленный – СоНО), обратный (т.е. противонаправленный – ПрНО) и поперечный (т.е. транснаправленный – ТрНО) [3].
Недавно была предложена новая конструкция ТрНО, построенного на трѐхмерной структуре в виде вертикально установленной вставки (ВВ) с высокой диэлектрической проницаемостью приподнятой в воздухе над заземлѐнной пластиной [4], [5]. Этот тип ТрНО на связанных линиях (Рис. 1), имеет такое преимущество, как развязка по постоянному току между входным 1 и двумя выходными 2 и 4 портами. Это позволяет исключить конденсаторы блокировки постоянного тока и объединить цепи смещения для двух отражательных нагрузок ФВ [6].
2
k Main line Coupled line
Input port
Far-end port coupled Near-end
coupled port
Isolated port 4
3 1
h w s
(a) (б)
Рис.1 Схема (a), и геометрия (поперечное сечение) (б) трѐхмерного ТрНО, использующего структуру с вертикальной вставкой (ВВ).
Целью данного исследования является создание новой конструкции отражательного ФВ на основе квадратурного ТрН ответвителя.
Итак, в следующем разделе предлагается и анализируется новый ФВ на основе 3-D ТрН ответвителя на связанных линиях, использующего вертикально установленную планарную структуру.
II.МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ
Схема предложенного ФВ показана на Рис. 2. Его основными строительными блоками являются 3-дБ квадратурный ТрН ответвитель на связанных линиях и пара отражающих варакторных диодов (в аналоговом случае).
Отражательный ФВ на основе ТрН ответвителя с вертикальной вставкой (ТрНО ВВ) имеет гальваническую развязку между ВЧ-трактом и цепью управления, следовательно, он имеет очень простую схему управления.
A. Моделирование и расчёт транснаправленного ответвителя
ТрН ответвитель построен на вертикальной структуре, показанной на Рис. 1 (б). Вертикальная подложка имеет высокую диэлектрическую постоянную (r = 16) и подве- шена в воздухе. Следовательно, это позволяет достичь сильной связи (3 дБ) и большого отношения модальных диэлектрических проницаемостей, удовлетворяющего требованию транснаправленности ro/re = 9 [4].
Из-за сложности поперечного сечения и неоднородности диэлектрического заполнения ВВ-струк- туры, еѐ анализ выполняется с использованием процедуры декомпозиции и с учѐтом следующих особенностей: симметрии; типа модального возбуждения; типа интерфейса между диэлектриками структуры; толщины полосок.
D1 D2
Vbias
Cdc
Ldc
TRD coupler
RF path Control circuit
Output Input
Рис.2 Схема предложенного фазовращателя на основе ТрНО ВВ.
159
(a) (б)
(в) (г)
Рис.3 Рассчитанные S-параметры идеального 3-дБ ТрНО на связанных линиях со следущими параметрами: Zc = 50 Ω; C = 2.6 дБ; re/ro = 1.1/9.9;
ℓ = 13 мм. (a) ТрНО, работающий как 8-полюсник; (б) нагруженный ТрНО в состоянии холстого хода (ХХ), работающий как 4-полюсник ХХ; (в) нагруженный ТрНО в состоянии короткого замыкания (КЗ), работающий как 4-полюсник КЗ; (г) фазовый сдвиг для ХХ и КЗ состояний.
Моделирование ВВ-структуры выполняется методом численных конформных преобразований (ЧКП) [4], [7].
Процедура моделирования состоит из следующих ша- гов: 1) установка в плоскости симметрии магнитной или электрической стенки в зависимости от типа возбуждения; 2) введение магнитного разреза в каждую из полученных двусвязных частичных областей поперечного сечения и снижение порядка связности, т.е.
и чѐтная и нечѐтная ВВ-полуструктуры становятся односвязными областями; 3) первое обратное отображение Кристоффеля–Шварца на промежуточную каноническую область; 4) второе прямое отображение Кристоффеля–Шварца на целевую прямоугольную область, которая является плоским конденсатором;
5) учѐт неоднородности диэлектрического заполнения;
6) расчѐт модальных квазистатических параметров Zce, Zco, re, ro.
Заметим, что многоугольник, подвергаемый ЧКП, отображается конформно аналитической формулой Кристоффеля–Шварца, которая численно реализуется в виде компьютерного программного обеспечения.
Для моделирования ТрНО с ВВ была выбрана структура со следующими физическими и геометричес- кими параметрами [см. Рис. 1 (б)]: вертикальная подложка (r= 16) ширина w=2 мм; толщина h =1 мм;
толщина полосокt = 0,035 мм; зазор между вертикальной подложкой и заземлѐнной плоскостью s= 0,5 мм.
Расчѐтные модальные параметры ТрНО с ВВ, полученные описанным выше методом ЧКП –
следующие: (re ro) = (1,09 8,93); (Zce Zco) = (129,0 17,4) Ω, т.е. характеристический импеданс Zc = 47,3 Ω; связь C
= 2,35 dB.
Однако, для моделирования отражательного ФВ был взят идеализированный 3-дБ ТрНО на связанных линиях со следующими параметрами: Zc = 50 Ω; C = 2,6 дБ; re/ro
= 1,1/9,9; ℓ = 13 мм. Его расчѐтные S-параметры показаны на Рис. 3 (a). Идеализированный нагруженный ТрНО работает как 4-полюсник и имеет два крайних отражающих фазовых состояния: холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).
Расчѐтные S-параметры нагруженного ТрНО, работающего как ХХ и КЗ четырѐхполюсники, показаны на рис. 3 (б) и 3 (в), соответственно. Фазовые сдвиги для ХХ и КЗ состояний показаны на Рис. 3 (г); их разность составляет 180° на центральной частоте рабочего диапазона.
B. Параметры варикапа
Варикапы произведены ОАО «НИИ ПП» (Томск, Россия) и реализованы как GaAs диоды Шотки AA629A со следующими электрическими параметрами: средняя ѐмкость C(Ur = 6В) = (0,8 ± 0,2) пФ; отношение емкостей Cmax(Ur = 0В) /Cmin(Ur = 50В) = 4,2; добротность Q (f = 1 ГГц) = 180. Размеры корпуса диода: 1,3 мм (диаметр), 1,2 мм (высота).
|S11||
|S21|
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
35
30
25
20
15
10
5 0
Frequency (GHz)
S-parameters (dB)
2 1
4 3
|S1 1|
|S2 1|
|S3 1|
|S4 1|
|S11||
|S21|
160
(a) (б)
(в) (г)
Рис.4 Конструкция (a), измеренные возвратные потери (б), вносимые потери (в) и управляемый фазовый сдвиг (г) предложенного
отражательного ФВ на основе ТрНО, использующего ВВ-структуру. Набор управляющих обратных напряжений Ur = (0 0,5 1 2 3 4 6 8 12 20) В.
III. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ A. Изготовление
Был спроектирован и изготовлен макет аналогового фазовращателя (ФВ). ФВ построен на квадратурном ТрНО в форме вертикальной вставки (ВВ) и паре GaAs варикапов AA629A, произведѐнных ОАО «НИИ ПП»
(Томск, Россия). Рис. 4 (a) показывает весьма простую конструкцию макета (прототипа).
ВВ-структура [см. Рис. 1 (б)] изготовлена на основе 1 мм фольгированной подложки с высокой диэлектрической проницаемостью r = 16. Еѐ материал – ФЛАН-16, произведѐнный ЗАО «Завод «Молдавизолит»»
(Тирасполь, Приднестровская Молдавская Республика).
ВВ-структура имеет следующие геометрические параметры: ширина вертикальной подложки w = 2 мм, толщина h = 1 мм, толщина полосок t = 0,035 мм, зазор между вертикальной подложкой и заземлѐнной плоскостью (пластиной) s = 0,5 мм. Этот ВВ-ответвитель смонтирован в воздухе над металлической основой.
Размеры металлической основы – 9,5 x 34 мм. Длина ТрН ВВ ответвителя – 13 мм.
Схема управления состоит лишь из двух компонентов (см. рис. 2): катушки индуктивности Ldc = 17 нГн и конденсатора Cdc = 10 пФ. Варикапы смещаются обратным управляющим напряжением Ur = (0 0,5 1 2 3 4 6 8 12 20) В при токе менее, чем 0,01 мА. Заметим, что макет ФВ был спроектирован без оптимизации по фазе отражающих нагрузок.
B. Экспериментальные результаты
Измеренные характеристики макета аналогового ФВ в зависимости от частоты и обратного напряжения смещения и показаны на рис. 4 (б) – 4 (г).
ФВ работает в диапазоне от 3,5 до 5,3 ГГц (40%).
Измеренные возвратные потери ниже –10 дБ в той же полосе частот и меньше, чем –14 дБ в диапазоне 4,2–
5 ГГц (17%) для всех напряжений обратного смещения (т.е. во всех фазовых состояний), как показано на рис. 4 (б).
Средние вносимые потери 0.68 дБ на 4.5 ГГц и 1 дБ в диапазоне 3,5 – 5,3 ГГц (40%). Вариация вносимых потерь при обратном напряжении смещения (0 – 20) В составляет (0,6 – 0,75) дБ на 4,5 ГГц и ±0,5 дБ в 1
3 1 7
9 .53
Ubias = 0 V
20 V
20 V Ubias = 0
V
Ubias = 0 V
20 V
161 диапазоне 3,5 – 5,3 ГГц во всех фазовых состояниях, как показано на Рис. 4 (в).
Управляемые фазовые сдвиги в зависимости от обратного напряжения смещения (0–20) В составляют:
(0–42)° на 3,5 ГГц; (0–65)° на 4,5 ГГц и (0–85)° на 5,3 ГГц, как показано на рис. 4 (г).
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе предложена новая схема и конструкция аналогового фазовращателя на основе транснаправленного ответвителя с двумя отражающими нагрузками в виде варикапов.
ТрНО ответвитель выполнен как трѐхмерная вертикально установленная планарная структура с высокой диэлектрической проницаемостью (r = 16).
Фазовращатель имеет следующие преимущества:
весьма простую конструкцию, а также часто необходимую в проектировании гальваническую развязку по постоянному току между ВЧ-трактом и цепями управления.
Изготовленный макет аналогового ФВ, использующий GaAs варикапы, работает в диапазоне частот 3,5 – 5,3 ГГц (40 %) со средними потерями менее 1 дБ и обеспечивает плавно управляемый фазовый сдвиг 0 – 65° с амплитудной вариацией, не превышающей 0,15 дБ на 4,5 ГГц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] R.V. Garver ―Broad-band diode phase shifters,‖ IEEE Trans.
Microwave Theory and Tech., vol. MTT-20, No 5, pp.658–673, June 1974.
[2] M. Kumar, R. J. Menna, and H. Huang, ―Broad-band active phase shifters using dual gate MESFET,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-29, pp. 1098–1101, 1981.
[3] E. Lourandakis, R. Weigel, H. Mextorf, R. Knoechel, ―Circuit Agility,‖ IEEE Microwave Magazine, vol. 13, no.1, pp.111–121, Jan/Feb. 2012.
[4] A.N. Sychev, S.M. Struchkov, V.N. Putilov, N.Yu. Rudyi, ―A novel trans-directional coupler based on vertically installed planar circuit,‖ in Proc. of the 45-th Eur. Microw. Conf., Sept. 6–11, 2015, Paris, France, pp. 283–286.
[5] A.N. Sychev, S.M. Struchkov, N.Yu. Rudyi, ―A transdirectional coupled-line coupler with a vertical insert,‖ in Proc. 25th Int. Crimean Conf. ―Microwave & Telecommunication Technology‖
(CriMiCo’2015), Sept. 6–12, 2015, Sevastopol, Russia, pp. 547–549.
[6] P. Turalchuk, I. Munina, I. Vendik, J. Ni, J. Hong, ―DC isolated directional coupler,‖ in Proc. of the 44th Eur. Microw. Conf., Oct. 6–9, 2014, Rome, Italy, pp. 93–95.
[7] A.N. Sychev, M.E. Dolgushin, ―Analysis of the broad-side coupled lines on the vertical substrate using the numerical conformal transformations,‖ in Proc. 20-th Int. Crimean Conf. ―Microwave &
Telecommunication Technology‖ (CriMiCo’2010), Sept.13–17, 2010, Sevastopol, Crimea, pp. 636–638
Сычев Александр Николаевич (M’97) профессор кафедры Компьютерных систем в управлении и проектировании, Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Томск.
Его научные интересы: создание моделей распределѐнных СВЧ компонентов в неоднородной диэлектрической среде с использованием метода конформных преобразований; разработка управляемых СВЧ устройств на связанных линиях передачи.
Добуш Игорь Мирославович, канд. техн.
наук, доцент каф. КСУП ТУСУР.
Область научных интересов:
проектирование СВЧ монолитных интегральных схем, зондовые измерения, характеризация и построение моделей элементов ВЧ/СВЧ компонентов, САПР СВЧ устройств.
Рудый Николай Юрьевич в настоящее время является студентом бакалавриата Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Томск.
Его научные интересы лежат в области построения САПР ориентированных
моделей распределѐнных и
сосредоточенных СВЧ компонентов, а также в создании программного обеспечения.
Жаров Константин Константинович, выпускник специальности 220301
―Автоматизация технологических процессов и производств (в приборостроении)‖
Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), 2015г.
С 2015 г. по настоящее время преподаѐт дисциплины метрологического профиля (―Метрология и технические измерения‖,
―Метрология и радиоизмерения‖).
Научные интересы лежат в области СВЧ- измерений и моделировании СВЧ-устройств
162 978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE
Синтез Широкополосных Трансформаторов Активных Сопротивлений с Заданными
Фазовыми Характеристиками в Распределенном Элементном Базисе
Дмитрий И. Вольхин, Геннадий Н. Девятков
Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Аннотация – В данной работе на основе ранее представленного метода синтеза широкополосных согласующих устройств с заданными фазовыми характеристиками рассматривается синтез широкополосного трансформатора активных сопротивлений с фазочастотной характеристикой, соответствующей фазовому звену второго порядка в распределенном элементном базисе. В результате синтеза получена y-матрица широкополосного трансформирующего четырехполюсника, функции собственных параметров которой представлены в форме Фостера. Применив в процессе синтеза различные условия схемной реализуемости, мы получили удобные для реализации на СВЧ структуры на регулярных линиях передачи, одна из которых исследуется при различных параметрах заданной фазовой характеристики. В результате исследований обнаружены широкие возможности структуры воспроизводить фазочастотную характеристику фазового звена второго порядка с различными параметрами, а также линейную фазочастотную характеристику, сохраняя приемлемый уровень коэффициента преобразования мощности в заданной полосе частот. Таким образом, показана эффективность предложенного ранее метода синтеза широкополосных согласующих устройств с заданными фазовыми характеристиками, а также продемонстрированы возможности трансформаторов активных сопротивлений на регулярных линиях передачи.
Ключевые слова – Метод синтеза, широкополосный трансформатор сопротивлений, фазовая характеристика.
I.
В
ВЕДЕНИЕДНОЙ ИЗ ВАЖНЕЙШИХ задач, возникающих при проектировании СВЧ устройств, является задача широкополосного согласования активных сопротивлений источника сигнала и нагрузки, которая решается с помощью широкополосных трансформаторов сопротивлений. Известные методы синтеза [1–5]
широкополосных согласующих устройств в целом и широкополосных трансформаторов сопротивлений [6–
11] в частности основное внимание уделяют коэффициенту преобразования мощности и не затрагивают фазочастотную характеристику, однако такие устройства могут частично или полностью решать задачу коррекции фазочастотной характеристики,
которая нередко возникает в радиоэлектронных системах, где важно сохранить форму сигнала.
В публикациях [12–14] задача коррекции фазочастотной характеристики решается отдельно с помощью каскадного включения специальных фазовых звеньев, число которых может быть более десяти при коррекции сложной зависимости ФЧХ. Однако в этом случае часть функции фазового корректора может взять на себя трансформатор сопротивлений. Тогда особый интерес на СВЧ представляет реализация трансформатора в распределенном элементном базисе, способная согласовывать активные сопротивления источника сигнала и нагрузки и воспроизводить фазочастотную характеристику фазового звена второго порядка [15], либо иметь максимально линейную фазочастотную характеристику в рабочей полосе частот. В данной работе предлагается использовать разработанный ранее метод [16, 17] для синтеза широкополосных трансформаторов сопротивлений в распределенном элементном базисе с различными заданными функциями фазочастотной характеристики и с учетом условий схемной реализуемости.
II.
П
ОСТАНОВКА ЗАДАЧИДадим краткое описание используемому методу синтеза широкополосных согласующих устройств с заданными фазовыми характеристиками.
Метод синтеза оперирует математической моделью электрической цепи в распределенном элементном базисе в виде z- или y-матрицы, собственные параметры которой представлены в форме Фостера [18]:
110 11
11 11 11 2 2 110 11
1 n v
v v
K K S
z S y S K S z S y S
S S S
,
120 1212 12 12 2 2
1
( ) ( ) ( )
n v
v v
K K S
z S y S K S
S S S
,
220 22
22 22 22 2 2 220 22
1 n v
v v
K K S
z S y S K S z S y S
S S S
,(1)
где K110 , K11, K11v , K120 , K12, K12v , K220 , K22, K22v – вычеты функции z11(S), z12(S), z22(S) (y11(S), y12(S), y22(S)) в ее полюсах в точках S = j0, S = jtg(π/2) и Sv = ±jtg(θ·ωv/ω0); z110(S), z220(S) (y110(S), y220(S)) –
О
163 функции, полюса которых не вошли в функции z12(S) (y12(S)).
На первом этапе адекватно поставленной задаче выбираются структуры функций собственных параметров синтезируемой цепи минимальной сложности. Однако при синтезе широкополосных согласующих устройств в распределенном элементном базисе такой подход не всегда оправдан, так как более важной на СВЧ оказывается проблема реализации полученного решения, и не всегда более простой в реализации цепи соответствуют структуры функций собственных параметров минимальной сложности. В этом случае структуры являются фиксированными и соответствуют заданной реализации.
После определения структур функций собственных параметров строится начальное приближение. Для этого используются функции собственных параметров идеального реактивного согласующего четырехполюсника с заданной фазовой характеристикой [19], выраженные в z- или y- параметрах:
11
( ) 1 ctg
z
jR
;22
( ) 2 ctg
z
jR
;
12