3. Основной расчет

3.1.Расчет входной цепи (вц)

Рассчитать фильтр преселектора приемника со следующими данными:

• средняя частота настройки приемника ГГц

• промежуточная частота МГц;

• избирательность по зеркальному каналу дБ.

На входе и выходе фильтр должен быть согласован с трактом с волновым сопротивлением 50Ом. Фильтр является частью ГИС СВЧ, поэтому габариты должны быть минимальными.

Ввиду высокой рабочей частоты приемника применим фильтр с полуволновыми разомкнутыми резонаторами.

Зеркальный канал приема равен:

Полоса запирания фильтра должна быть равна:

МГц.

Выберем полосу пропускания преселектора в несколько раз больше, чем полоса пропускания приемника МГц.

Находим отношение:

Из графиков находим, что с запасом по ослаблению фильтр должен иметь n=4.

Если преселектор приемника состоит из входной цепи и УВЧ, целесообразно заданную избирательность по зеркальному каналу поделить поровну между входной цепью и УВЧ по 30дБ. Для реализации выберем микрополосковую несимметричную линию передачи на поликоре с=9,8.

Рассчитаем электрические характеристики фильтра при n=2.

Согласно заданию: Ом

Электрическую длину резонатора берем

Волновое сопротивление резонаторов фильтра берем Ом

Определяем эффективную диэлектрическую постоянную:

Из таблицы находим параметры прототипа

g₀=1; g₁=1,41; g₂=1,41; g₃=1

Конструктивное исполнение фильтра определяется его назначением и частотой. В радиоприемных устройствах в диапазоне от 0,3ГГц до 4ГГц широко используются полосовые фильтры на отрезках микрополосковых линий.

Вычисляем относительную полосу пропускания:

Рассчитываем параметры инверторов проводимостей:

где,

, -волновое сопротивление входного тракта

Параметры элементов связи на входе и выходе:

Находим нормированные емкости на единицу длины линии

Находим нормированные взаимные емкости между линиями

Сосредоточенные емкости на концах линий:

пФ

Задаемся поперечным размером фильтра b=10мм и

Расстояние S_i,i+1между полосками фильтра находим из графика и рассчитанным взаимным емкостям:

, ,;

Рассчитываем ширину полосок:

мм; мм;мм;

Уточняем по формуле:

Определяем длины полосок (резонаторов):

мм

1. Рассчитываем потери фильтра в полосе пропускания.

Потери в проводниках:

где определяется по графику

при и

Потери в диэлектрике:

Учитывая потери на излучение, добротность резонатора

2. Эскиз фильтра

Ш_вц: 1,25→1,41

К_п: 0,8→0,71

3.2.Расчет урч

Рассчитываем усилитель для ГИС СВЧ с параметрами:

• частота сигнала ГГц;

• полоса пропускания приемника кГц;

• избирательность преселектора по зеркальному каналу не менее дБ;

Волновое сопротивление подводящих линий МПЛ на входе и выходе усилителя 50 Ом.

Для реализации усилителя на частоте ГГц используем транзисторный усилитель как наиболее простой. Заданную избирательность преселекторадБ обеспечим применением двух полосовых фильтров СВЧ на входе усилителя (входная цепь) и на его выходе с избирательностью по зеркальному каналу по 30дБ на каждый фильтр.

Выбираем для усилителя схему с общим эмиттером на биполярном транзисторе VT1 КТ391 схема с ОЭ в типовом режиме мА,В.

Из таблицы находим S – параметры транзистора (на частоте ГГц):

, ,,

, ,,

Проверяем выполнение условий:

;

;

;

;

Поскольку , транзистор находится в области ОПУ. Для перевода его в область ОБУ используем стабилизирующее сопротивление:

Находим величину стабилизирующего сопротивления:

Ом

Пересчитаем S – параметры транзистора с учетом

Предварительно находим:

;

Пересчитанные S – параметры транзистора равны:

Рассчитаем транзисторный усилитель в режиме экстремального усиления. Коэффициент усиления транзисторного усилителя по мощности равен:

Перед корнем взят знак “минус” поскольку транзистор находится в режиме ОБУ.

Рассчитанный коэффициент усиления K_p достигается при двухстороннем согласовании на входе и выходе транзистора.

Расчет входного и выходного сопротивления транзистора.

Для расчета входного и выходногосопротивлений транзистора, найдем предварительно коэффициенты отражения на входе и выходе:

где инайдем из выражений:

При расчете этих выражений использованы следующие формулы:

где

где

где

Окончательно находим:

Итак, входное комплексное сопротивление транзистора носит емкостной характер

где Ом, аОм

Выходное комплексное сопротивление транзистора носит индуктивный характер

где Ом, аОм.

Расчет цепей согласования.

Рассчитаем цепи согласования входного сопротивления транзистора с подводящей микрополосковой линией с волновым сопротивлением Ом на ситаллс КП с,мм.

Двухшлейфовое согласование на входе.

Пересчитаем входное сопротивлением транзистора во входную проводимость

мСм

Активную составляющую входного сопротивления (проводимости) транзистора согласуем с волновым сопротивлением подводящей линииОм с помощью четвертьволного трансформатора (последовательного шлейфа) с параметрами:

длина шлейфа

где см;см

см

волновое сопротивление:

Ом

Находим ширину полоски

; мм

Реактивную составляющую входного сопротивления (проводимости) транзистора емкостного характера компенсируем параллельным короткозамкнутым шлейфом, входное сопротивление которого должно носить индуктивный характер (см. рис.)

Длина шлейфа:

см

где Ом;

Ом

Ширина полоски шлейфа равна

; мм

Рассчитаем цепи согласования выходного сопротивления транзистора с микрополосковой линией с волновым сопротивлением Ом на ситалле КП с;мм.

Рассмотрим двухшлейфовое согласование на выходе.

Пересчитаем выходное сопротивление транзистора в выходную проводимость

Активную составляющую выходного сопротивления (проводимости) транзистора согласуем с волновым сопротивлением МПЛОм с помощью четвертьволнового трансформатора (последовательного шлейфа) с параметрами:

длина шлейфа

см

волновое сопротивление:

Ом

Реактивную составляющую выходного сопротивления транзистора, имеющую индуктивных характер, компенсируем с помощью параллельного шлейфа, в качестве которого используем четвертьволновый разомкнутый отрезок МПЛ, входное сопротивление которого должно носить емкостной характер (см. рис.)

Задаемся волновым сопротивлением шлейфа Ом.

Длину шлейфа находим по формуле:

см

Ширина полоски шлейфа равна

; мм.

Коэффициент шума усилителя.

Коэффициент шума усилителя в соответствии с таблицей берем равным

Расчет цепей питания и смещения по постоянному току.

Выбираем схему питания и смещения транзистора по постоянному току

Рис б)

Считаем, что транзистор находится в типовом режиме работы по постоянному току:

В; В;мА;В;

Задаемся током базового делителя

мА

Находим величины сопротивлений резисторов усилителя.

Ом

кОм;

где ток базы находят по формуле

Ом;

;

Постоянные напряжения питания и смещения подаем на транзистор через высокочастотные дроссели в качестве которых используем четвертьволновые отрезки МПЛ икороткозамкнутые на конце по высокой частоте емкостями С2 и С4.

После выполнения вышеприведенных расчетов приступают к разработке принципиальной электрической схемы усилителя.

Емкости конденсаторов () выбираются из условия, чтобы реактивное сопротивление конденсаторана высокой частоте было близко к нулю, выберемC₁=С₂=С₃=С₄=10мкФ.

Расчёт фильтра на выходе УРЧ аналогичен расчёту ВЦ.