Радиоприемные устройства. Часть 3. Согласующие цепи

1. Радиоприемные устройства

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ И
ЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ
РАДИОТЕХНОЛОГИЙ
Радиоприемные устройства
Слайд-шоу для цикла лекций по дисциплине РПрУ
Доцент кафедры ИРТ , к.т.н.
КУРОЧКИН АЛЕКСАНДР ЕВДОКИМОВИЧ
[email protected]

2. Часть 3. Согласующие цепи

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

По месту включения:
входные, межкаскадные, выходные
По диапазону частот
По конструктивному исполнению:
с сосредоточенными параметрами, с распределенными параметрами
По полосе пропускания:
узкополосные, широкополосные
По числу элементов:
однозвенные, многозвенные
По виду связи с источником сигнала и нагрузкой:
с емкостной связью, с индуктивной, с автотрансформаторной
По характеру настройки:
с фиксированной настройкой, с переменной настройкой
По способу настройки:
с емкостной настройкой, с индуктивной настройкой

4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЦ

1. Рабочий диапазон частот.
2. АЧХ и ФЧХ.
3. Резонансный коэффициент передачи по напряжению.
4. Коэффициент передачи по мощности.
5. Полоса пропускания.
6. Коэффициент избирательности по побочным каналам приёма.
7. Коэффициент шума.
8. Зависимости основных характеристик от частоты настройки,
т.е. частотная зависимость резонансного коэффициента
передачи, избирательных свойств и коэффициента шума.

5. Виды согласования

ИС
СЦ
Н
1. По мощности. Получение максимальной мощности в
нагрузке.
2. По шумам. Получение минимального коэффициента
шума.
3. По полосе. Получение заданной эквивалентной
добротности или избирательности по побочным каналам.
4. По спектру.
5. По динамическому диапазону. Используется, когда реально
существующие уровни входного сигнала не соответствуют
допустимым уровням для РПУ.

6. СОГЛАСОВАНИЕ ПО ПОЛОСЕ И ПО СПЕКТРУ

АЧХ
цепи
АЧХ
цепи
fск
Спектр
сигнала
FСЦ FС
f
f
Спектр
сигнала
KСЦ S e
*
C
j to

7. СОГЛАСОВАНИЕ ПО ДИНАМИЧЕСКОМУ ДИАПАЗОНУ

Помехи
Сжатия нет
1
Сжиматель
2
Сжатие есть
3
Канал
вещания
Расширитель
4
0, дБ
Д2
-10
-20
-30
-40
Д1
Д3
Д4=Д1
Сигнал/Помеха
Уровень помех в канале
Искажения!!!
ДД РПрУ ДД С

8. СОГЛАСОВАНИЕ ПО МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

7
СОГЛАСОВАНИЕ ПО МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ С
СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
н
Ic
Yc g c jbc ;
Yн
Yс
н
Рн 0,5 Р Р* 0,5(U н* I н U н I н* )
2
U
0,5 U н*U нYн U нU н*Yн* н Yн Yн*
2
I c2 Yн Yн*
I c2 2 g н
I c2 g н
Рн
2
2
2
gc gн jbс jbн
2 Yн Yс
2 Yн Yc
Yн g н jbн
Ic
Uн
Yн Yc
dPн
0
dg н

9. СОГЛАСОВАНИЕ ПО МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

7
СОГЛАСОВАНИЕ ПО МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ С
СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
dPн
dg н
I gc g н jbс jbн I c2 g н 2 g c g н jbс jbн
2
2
c
gc gн jbс jbн
I c2 gc g н jbс jbн I c2 g н 2 2 g c g н jbс jbн 2 g н
Ic
3
3
gc gн jbс jbн
gc gн jbс jbн
2 g c g н j[bс bн ]
Ic
0
3
gc gн jbс jbн
4
1) gc g н ;
dPн
0
dg н
2) bc bн 0.
Yc Y или Yн Y
*
н
*
c
Рн max Pcо I /(4 gc )
2
c

10. КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ПО МОЩНОСТИ

Кр
Кш
Кш
K p Pн / Рсо
1
Кр
1
Kp
I Yн Y 2 Yc Y
2
c
*
н
2 Yc Yн
*
c
2
I
2
c
gн
gс
Y Y Y Y
4g g
Y Y
Y Y
н
*
н
*
c
c
c н
2
с
н
с
н
2

11. СТРУКТУРА СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ

n в1 U1 / U 2 1/ n в2 n т2
ИТС I2
I1
I1 I2 n т1
2
1
Ic
U1 U2 n в1
n в2 U 2 / U1 1/ n в1 n т1
Yc
U1
U2
bдоп
Yн
2
1
Согласующая цепь
Программа
Yвх ИТС Y1 g1 jb1 Yн n Yн n Yн
2
т1
2
в2
2
Yвых ИТС Y2 g 2 jb2 Yс n 2т2 Yс n в1
Yс

12. РАСЧЕТ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Iс/ Ic n в1
2
I c/
bдоп
Yc/
2
Условие согласования для сечения 2-2:
Y bдоп Y
/
с
*
н
/
c
Y Yc n
/
с
Yн
Kp
2
в1
4g /c g н
2
g с g н (bc/ bдоп bн )2
/
(g c/ + jbc/ )+ jbдоп = g н - jbн
2
в1
g = gc n = g н
gн
n в1 =
gс
2
b доп =-b c n в1
-b н

13. 1. ВАРИАНТЫ СХЕМ СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

1
I
2
L
C
Yc
2
1
Программа
Yн
Согласующая цепь

14. Методика расчета двухэлементной СЦ

Rc
1
ec
L
1
g
b
r jx
2 2 j 2 2
/
С
g jb g b
g b
/
Rн
1
Условия согласования:
1
r
x
g jb
2 2 j 2 2
r jx r x
r x
1
1
j C
Rн
/
/
1
Rн
j С
2 2
С
1
2 2
2
С
Rн
2
R
1/ R н
Rc R
1/ R н2 2 С2
/
н
1
j C
j L
j L
0
/
1
j С
2 2
С
2
Rн
н
Rн
Rн
1
Rс
Rн
L R c
1
Rс
1
С

15. Двухэлементная СЦ

16. 2. ВАРИАНТЫ СХЕМ СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

Yc
Ic
c
L2
н
L1
g0
Сн
Ск
н
c
Согласующая цепь
Rн
Uн

17. АВТОТРАНСФОРМАТОРНАЯ СЦ

8
АВТОТРАНСФОРМАТОРНАЯ СЦ
Zс
I
L2
или:
Cк
Lк
eс
/
c
n1 =L1/(L1 +L2 )=L1/Lк
L1
gc/
Сc/
с
g0
Ск
Zн
L1 +M
n1 =
Lк
Ic/ =Ic n1
н
gc/ =gс n12
Сн
Lк
с
н
Условие согласования для сечения С-С:
1
/
2
Lк =0
gc = gc n1 = go + g н
Cэ
Rн
C С n
Lк L1 +L 2
/
c
2
с 1
Сэ =Сс n12 +Ск +Сн
go + g н
n1 =
gc

18. КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ПО МОЩНОСТИ

Pн
Kp =
=
Pco
Кр Кш
4g/c gн
1
g + go + gн + Lк - C
э
2
/
с
Кш
При согласовании
1
gн
K p max =
go + g н
Кр
1
gн
gс
2

19. КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

n1
Ic
gc
Lк
Ск
Lк
.
I c/
gс/
Uн
K
ес
n2
Ск
gн
ес = Iс /gc
Ic/ n2
Ic n1n2
Uн = /
=
/
gc + gоe + g н gc n12 + goe + g н n22
g н/
gоe
Yc n1n2
Yc n1n2
K=
=
g э + jbэ g (1+ j bэ )
э
gэ
p1 Yc n1
Kо =
gc n1n2
=
2
2
gc n1 + goе + g н n2
n2
goе + g н n22
n1 (1+
)
2
gc n1
При
Yc n1n2Qэ p1Qэ p2 согласовании по
=
=
мощности
(1+ j )
(1+ j )
p2 n2
Программа
n2
Kо
2n1

20. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ

K/Ko
1
Идеальная АЧХ
0,7
fo
f
/4
f
Идеальная ФЧХ
/ 2
Qэ =1/( g э )
1
=
2 foСэ
g c n12 + g oe + g н n22
F0,707 = fo g э =
2 Сэ
/2
/ 4
p1Qэ p2
p1Qэ p2
K=
p1Qэ p2 0, 707
2
(1+ j )
1+
fo
2 f
=Q
=1 F0,707 =2 f=
Qэ
fo
d
2Q
const
d
o

21. 1. Условие получения максимальной передачи для заданной полосы

4g c/ g н/ 2
/
/
2
2
K pо =
=
(g
)(g
)
4Q
=
4Q
c
н
э
с н
э
2
2
gэ
с н вн const
1. g oe задана !!!
dK p
d с
4Q ( вн 2 с ) 0
2
э
g
/
с
g
/
н
вн
с
2
вн
н вн c
2
gэ = agoе + goе + agoе = goе (2a+1)
1 Qo
Qo
1);
; a (
g э = goе (2a+1); Qэ
2a 1
2 Qэ
gс/ = g н/
n1 =
g н/
gс
gc/
n2 =
gн
goe Qo
n1 =
(
-1)
2gс Qэ
goe Qo
n2 =
(
-1)
2g н Qэ

22. 2. Условие получения максимальной передачи для заданной полосы

2.
gс/
g н/
если goe не задана !!! a =
=
goe goe
Qо
-1
Qэ
Qо
1
Rое =
=
(
-1)
/
2
2g с
2gc n1 Qэ
Qo
Qэ =
2g с/
1+
g oe
Roe
1
1
1
=
=
(
)
2
Qo
2g c n1 Qэ Qo
2g c n12
Сэ =
=
о ( 1 - 1 )
о
Qэ Qo
1
1
Lк 2
о С э
Yc
gc n12
Qэ
1
1 1
Kоmax = Yc Qэn1n2 = Yc
( )Qэn1
=
(1)
2
2gc n1 Qэ Qo
gн
Qo
2 gc g н
1
K оmax =
2
gc
Qэ
(1 )
gн
Qo
gс > gн
n2 1
n1 = gн / gс
gс < gн
n1 1
n2 = gс / gн

23. Типы антенн

1. Настроенные антенны:
Внутреннее сопротивление антенны
является активным и практически
неизменным в заданном диапазоне
частот. Задача согласования с
усилительным элементом решается
рассмотренными ранее методами.
2. Ненастроенные антенны:
Внутреннее сопротивление
антенны является комплексным
и может изменяться в процессе
эксплуатации. Основные
параметры зависят от частоты
принимаемого сигнала.

24. СТАНДАРТНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ АНТЕННЫ

55 Ом
120 пФ
l = 10 м
330 Ом
50 Ом
0,1-30 Мгц
22 мкГ
390 пФ
75 пФ
55
50
L=5м
0,1-1,7 Мгц
175
50 L = 5 м
6-30 Мгц

25. Обоснование необходимости ослабления связи с ненастроенной антенной

1. Входная цепь (ВЦ) не является устройством для
согласования по мощности с ненастроенной антенной !!!
2. ВЦ является устройством, обеспечивающим
формирование заданной полосы и функцию
частотной избирательности
3. Параметры ВЦ не должны зависеть от изменяющихся
параметров антенны
4. Как правило, производится согласование по мощности
ВЦ с нагрузкой (с усилительным элементом)

26. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ

Ссв
Lк
Lк
Ссв
Ск
б
а
Ссв
Ск
Lсв
д
Lк
в
Ск
Lсв
г
Lк
Ск
Lк
Ск

27. СПОСОБЫ ОСЛАБЛЕНИЯ СВЯЗИ

Связь с антенной
Внешнеемкостная
Cсв
Cсв
n1 =
Cсв + Сk
Сk
Внутриемкостная
Сk
Cк
n1 =
Cсв + Сk
Ссв
Трансформаторная
n1 = kсв
Lсв
Lk
Комбинированная
М
Lсв
Lk
Автотрансформаторная
М
L1+M
n1 = L
L1
k
Lк
Ссв
Lсв
C
Lк Сk
св
Lсв n // =
М
1
n'1 =kсв
Cсв +Сk
Lk

28. СПОСОБЫ ОСЛАБЛЕНИЯ СВЯЗИ

Связь с усилительным элементом
Внутриемкостная
Трансформаторная
n2 =
kсв =
M
Lk
M
Lсв Lk
Сk
М
Lk
Lсв
n2 =
Ck
Cсв+Ck
Автотрансформаторная
L2+M
n2 =
Lk
Lk
М L
2
Ссв

29. АВТОТРАНСФОРМАТОРНАЯ ВЦ

СА
RА
Lк
Ск
eА
Пересчет сопротивлениепроводимость:
K=
(g Авх + jbАвх )n1n2
g Авх n12 + g oe + j( Cк + bАвх n12 -
2C А2 RА
g Авх
1 2C А2 RА2
bАвх
1
)
Lк
1
r
x
g + jb =
= 2 2+j 2 2
r - jx r + x
r +x
C А
1
g
b
r - jx =
= 2 2-j 2 2
2 2 2
1 C А RА
g + jb g + b
g +b

30. Расчёт оптимального коэффициента включения со стороны антенны

1
1
fo
2
2
2 Lк (С А n1 Cк Сн n2 ) 2 Lк Сэ
f o
1 1
3/ 2
2
(
L
С
)
L
n
к
э
к 1
C А
2 2
n12 C А С А
n12 f o
1
; f 2 C С
2 Lк Сэ 2Сэ o
А
э
fo
f см доп 0,5 F0,707 0,5
Qэ
f o n12 C А С А
f o
f смдоп 0,5 F0,707
2 C А Сэ
n1 f
Сэ
САQэ
С n
2
А 1 f
Сэ
Qэ
Идеальная
АЧХ
F0,707/2
fс
fo
f
Допустимое смещение частоты
настройки не должно превышать
0,5 полосы

31. Допустимое смещение частоты настройки ВЦ

Условно АЧХ считается
прямоугольной
Fäî ï F0,707 / 2
Несущее колебание
Fäî ï F0,707 / 2
fс
Анимация
Допустимое
должно превышать
0,5 полосы
Еслисмещение
смещениечастоты
частотынастройки
настройкинепревышает
0,5 полосы
Таким
образом
допустимое
смещение
частоты
настройки
не
должно
пропускания
селективной
цепи,
при то
этом
одна из несущее
боковых колебание
полос ипревышать
несущая
пропускания
селективной
цепи,
теряется
и
0,5
полосы
пропускания
селективной
цепи
попадают в полосу
пропускания невозможно
и детектирование возможно
детектирование

32. КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ВЦ С АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ

K
КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ВЦ С
АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ
C АQэ n1
о (C n Ск ) 1 C R
/ 2
А 1
2
2
А
1
2
А
К = p1Qэ p2
2
Резонансный
коэффициент передачи
p1
f = fo и RА=0
при Cк =const
при Lк =const
C А n1
Kо
Qэ
/
2
(C А n1 Ск )
K о о2C А Lк Qэ n1
CА
C
1 2C А2 RА2
/
А
g э = g oe + g
p2 1
Qэ =1/( g э )
/
А
1
о (C А/ n12 Ск )
g А/ = g Авх n12
Программа

33. СПОСОБЫ НАСТРОЙКИ ВЦ

Lк =const
Lк
Емкостная настройка:
о Lк
Qэ / r const
F0,707 f о / Qэ
Cк =const
Ск
Lк
Ск
Индуктивная настройка:
1
о C к
1
Q э
r f o2
F0,707 fо / Qэ fo3

34. РЕЗОНАНСНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ

Ко
Ко
Емкостная настройка
fmin
Kо
f max
C А Lк Qэ n1
2
о
1 C R
2
о
2
А
2
А
f
Kо
Программа
Индуктивная настройка
fmin
f max
f
C АQэ n1
(C n Ск ) 1 C R
/ 2
А 1
2
2
А
2
А

35. ОДНОСИГНАЛЬНАЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ВЦ С АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ

9
ОДНОСИГНАЛЬНАЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ВЦ
С АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ
Ko
Sвк
K вк
1 вк2 C А2 RА2 1 вк2
о 1 вк2 C А2 RА2 1 вк2
Sвк
2 2 2
вк C А о Lк Qэ n1
вк
1 о C А RА
1 о2C А2 RА2
о2C А Lк Qэ n1
При небольших расстройках: o вк
Sск 1
2
ск
Влияние RА при больших расстройках: вк o Программа
если
o2C А2 RА2 1
то
S зк Qэ
если
o2C А2 RА2 1
то
S зк зк
o зк
зк Qэ (
)
зк о

36. ВЛИЯНИЕ СПОСОБА СВЯЗИ С НАГРУЗКОЙ

K о p1Qэ p2 оC А n1Qэ p2
Ск
Lк
Ссв
Обычно
C А n1
C А n1
p1 / 2
C А n1 Ск
Cк
Cк
p2
Cсв Ск
C св С к и
оC А n1Qэ
Cк СА/ n12
C АQэ n1
Cк
Kо
const
/ 2
о (C А n1 Ск ) Cсв Ск
Cсв
Программа

37. ВЦ С ВНЕШНЕЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ С АНТЕННОЙ

Элементы, обеспечивающие
подавление сигналов помех на
частотах выше резонансной
Отличия от автотрансформаторной ВЦ:
1) Коэффициент включения n1=1
/
СА
RА
Ссв
2) Емкость СА заменяется на С св
Ko = p1Qэ p2
Lк
eА
Программа
Сэ
С А p
Qэ
2
А
Ск
Cсв C А
C
Cсв C А
/
св
Cсв
Cсв
pА
C А Cсв C А
СА
p1
pА
Ск
Характеристики идентичны ВЦ с автотрансформаторной связью

38. ВЦ С ВНЕШНЕЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ С АНТЕННОЙ И ВНУТРИЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ С НАГРУЗКОЙ

Ссв1
Элементы, обеспечивающие подавление
сигналов помех на частотах выше
резонансной
Lк
p1
Cсв 2 Cк
Cк
Cк Cсв1
Программа
оC А pАQэ
K
p1Qэ p2
1
C А p А
1 C p R
2
2
А
2
А
2
А
2
Cсв1
pА
CА
1
Ссв2
Cсв 2
Сэ
1
p2 =
= 2
= 2
1
L к Cсв 2 -1
Lк Cсв 2 -С э
2
Cсв 2
о
Сэ~Ск
При RА=0 и f=fo
Ск C А p А
Kо
Qэ const
оСк 1 о2C А2 pА2 RА2 Cсв 2 Cсв 2
Sвк
Qэ
2
вк
2
о

39. ВЦ С ВНУТРИЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ С АНТЕННОЙ

Элементы, обеспечивающие подавление
сигналов помех на частотах выше
резонансной
Lк
Cсв
C св >>C А
K
p1Qэ p2
1 2
При RА=0
Ск
C А
p1
o (CА Cсв )
Cсв >>Cк
C АQэ
Kо
const
(C А Cсв )
при вк о
Sвк
Qэ
2
вк
2
о

40. Элементы теории графов

ЭТАП 1. Составление графа проводимостей:
а) нумеруем все узлы принципиальной схемы цепи;
б) все пассивные элементы представляем в виде
проводимостей в операторной форме;
в) составляем граф проводимостей, при этом каждый узел
графа проводимостей должен соответствовать "своему“
узлу принципиальной схемы, а ветви графа - элементам
принципиальной схемы, соединяющим узлы с
соответствующими номерами, передача ветвей графа
определяется величиной соответствующей проводимости;
г) между соответствующими узлами графа схемы подключаем
граф активного элемента;
д) к каждому узлу графа подключаем петлю, которая
включает в себя сумму всех подключенных к нему
проводимостей.

41. Элементы теории графов

СА
1
Lк
2
1
p(C А C св )
pL к
pC А
Ск
Ссв
eА
1
3
2
1
pC к
pLк
1 /(pLк )
1 /(pLк )
3

42. Элементы теории графов

ЭТАП 2. Составление сигнального графа цепи:
а) каждому узлу графа сигналов присваивается номер
соответствующего ему узла графа проводимостей;
б) ветви сигнального графа по направлению должны
совпадать с соответствующими ветвями графа
проводимостей, соединяющими одноименные узлы;
в) передачи ветвей графа сигналов определяются
делением передач соответствующих ветвей графа
проводимостей на передачи петель, в которые эти ветви
входят.

43. Элементы теории графов

СА
1
Lк
2
Ссв
eА
pC А
1
p(C А C св )
pL к
1
2
1 /(pLк )
p(C А C св )
1
pL к
3
Ск
1 /(pLк )
1
pC к
pLк
3

44. Формула Мэзона (Мэйсона)

n
Xвых
K=
= pk k /
Хвх k=1
1 L1 L2 L3 ...
L - сумма передач всех контуров и петель
графа; 1) всех, 2) некасающихся
попарно, 3) по трое и т.д.
pCА
pCА
1
p(CА C св)
pL к
1
2
1 /(pL к)
1
pC к
pLк
3
1/( pLк )
1
p(CА C св)
pL к
1/(pLк )
1
1
1
[p(CА Cсв )
] (pCк g o
)
pC А
pLк
pLк
pLк
K
2
1
1
1
1/(pLк )
[p(CА Cсв )
](pCк g o
)
1
1
1
pLк
pLк (pLк ) 2
(pCк g o
)[p(C А Cсв )
]
pLк
pLк
j CА
j CА
g о [1 2 Lк (CА Cсв )] j (C А Cсв Cк )(1 2L к C э ) g э jb э

45. ВЦ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ С АНТЕННОЙ

CА
Lсв
Lк
RА
Yc
1
Lсв M
n1 kсв
Ск
Lк
Lк
M
kсв
Lсв Lк
p1Q э p2 p1Q э n2
K
p1 =Yc n1
bэ
1
j
1 j
gэ
1
1
RА
1
RА
j Lсв
j Lсв (
1 2
)
j C А
j Lсв
Lсв C А
Lсв
Lсв
Lк о
kсв
kсв
kсв
о Lк
Lсв
Lк
Lк
p1
2
2
2
оА
оА
оА
RА
RА
RА
j Lсв (
1- 2 ) j Lсв (
1- 2 )
j (1- 2 )
j Lсв
j Lсв
Lсв

46. РЕЖИМ УКОРОЧЕНИЯ АНТЕННОЙ ЦЕПИ

К
f оА f о max
К0 (f)
Программа
fmin
fmax
k св
Ko
fоА f
Lк
Qэ n 2
Lсв
RА 2
(
) (1)
o Lсв
2
оА 2
2
o
k св
Ko
Sвк
Qэ
K
о2
Lк
Qэ n 2 2 ;
Lсв
оА

47. РЕЖИМ УДЛИНЕНИЯ АНТЕННОЙ ЦЕПИ

К
К0 (f)
fоА
fmin
fmax f
k св
Ko
fоА fо min
Lк
Qэ n 2
Lсв
RА 2
(
) (1)
o Lсв
2
оА 2
2
o
k св
Программа
Lк
Qэ n 2 const
Lсв
2
K o вк
вк о 2 вк
Sвк =
=
1+[Qэ (
)] 2 Qэ .
K о
о вк
о

48. Режим промежуточный

fо min fоА fо max
Программа
К
К0 (f)
fmin
fоА
fс
fmax f

49. ВЦ С КОМБИНИРОВАННОЙ СВЯЗЬЮ

Ко
Суммарная характеристика
Ссв
Емкостная связь
Lсв
Lк
Ск
Индуктивная связь
f0min
f0maх f

50. ВЦ С РПрУ С МАГНИТНОЙ АНТЕННОЙ

eн n АSр H А o
WА
Lк
Lсв
Cк
e E Eh д
H
2
h д n АSр А o
n А Sр А
E
K0 = Qэкв n2
S =10lg 1+
2

51. Многоконтурные ВЦ

Аппроксимация по Баттерворту
Квадрат коэффициента передачи:
К2
2
0
2n
пр
1,0
K
K =
1+
2
пр
Затухание, вносимое устройством
при произвольной расстройке:
n
n=1
Затухание на границе
полосы пропускания:
0,5
-1
0
0
К
S
1 пр2nx
К
2
x
1
2
К
2
2n
о
Sг 2 1 пр г
К пр
Отношение обобщенных
Число колебательных
расстроек:
контуров:
2n
2
о
2
пр
2
2
пр г
1
S
Sг 1 n= lg г -1 lg пр г ; ξ =1: n= lg(Sх -1) Sх [дБ]
пр г
2
2 ;
2lg пр х 20lg пр х
S
-1
2
х
пр х
S
1
х
пр х
2

52. КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

10
КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

53. Пример печатной платы СВЧ

54. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ СВЧ

Волноводы
Двухпроводные линии
4
Коаксиальная линия
1 – центральный проводник; 2 –
изолятор; 3 – проводник-экран; 4
- внешний изолятор

55. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ СВЧ

Микрополосковая
линия
Диэлектрик
Проводящий
слой
Компланарная
(coplanar) линия
Экранирующий слой

56. СОГЛАСУЮЩИЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

1
2
U=U сп U со =IZс (1)
ас
bн
Zc
U сп U со
l
I=Iсп I со =
(2)
Zo a с = b н e
Zo
U сп U со
U сп U со =
Zc (3)
Zo
U сп U со U сп U со Zc
=
(4)
U сп
U сп
Zo
Uсо Uсо Zc
(5)
1
= 1
Uсп Uсп Zo
ec
1
bс
a Uп ; b Uо
ан
2
х
Zc
(6)
1 Г с = 1- Г с
Zo
Zc Zo (7)
Гс =
Zc +Zo
Zн

57. СОГЛАСУЮЩИЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

1
2
ас
Ic
U1 U 2ch( x) I 2Wsh( x )
U2
I 1 I 2ch( x) W sh( x)
Y
bн
a с = b н e l
Yc
1
bс
ан
н
2
х
2
Lo
При α=0:
Co
U1 U 2 cos x jI 2 sin x
U2
I1 I 2 cos x j sin x
j ro j Lo go j Co
W
ro j Lo
go j Co
Z н cos x j sin x
Z вх
Zн
cos x j sin x

58. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОТРЕЗКА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

1) Z н 0 :
g0
1
1
Yвх
jg0 ctg x
j tg x
bвх
/ 4 / 2 3 / 4
Режим КЗ
x

59. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОТРЕЗКА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

2) Z н :
g0
1
1
Yвх
jg0tg x
j ctg x
bвх
λ/4
λ/2
Режим ХХ
3λ/4
λ
x

60. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОТРЕЗКА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

3) 0 Z н :
aн bс e
x
x /4
2
x
90o
4 2
x /2
2
o
x
180
2
Фазовращатель!!!

61. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОТРЕЗКА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

4) 0 Z н :
x /4
Z н cos x j sin x
Z вх
Zн
cos x j sin x
2
o
x
90
4 2
Трансформатор сопротивления
Z вх
2
Zн

62. Волновые параметры

S-параметры (матрица рассеяния):
U10 S11U1п S12U 2 п
U 20 S21U1п S22U 2 п
U 2o
U1o
U1o
U 2o
S11 =
S12 =
S22 =
S21 =
U1п U =0
U 2п U =0
U1п U =0
U 2п
2п
1п
2п
S-параметры отрезка линии
0
S x
e
e
0
x
U1п =0

63. Внутренние параметры четырехполюсника

Y-параметры
I1 =Y11U1 +Y12 U 2
I 2 =Y21U1 +Y22 U 2
y11 +yc
y22 +yн
y21
U2
I1
Y11 =
U1 R =0
U1
I1
Y12 =
U 2 R =0
I2
I2
Y22 =
Y21 =
U 2 R =0
U1 R =0
с
y12
н
с
н

64. Входная проводимость

y11 +yг
I1
y21
1
U1
y22 +yн I
1
1/(y11+yг) U1 y21 /(y22 +yн)
U2
y12 /(y11 +yг)
y12
U1
Z вх
I1 1
1/( y11 yг )
1
y12 y21
y12 y21
y11
( y11 yг )( y22 yн )
( y22 yн )
y12 y21
1
yвх
y11
Z вх
( y22 yн )
U2

65. Выходная проводимость

y11 +yс
y22 +yг
y21
1
U2
U1
y12
I2
U1 y /(y +y )
21
22
г
y12 /(y11 +yс)
1/(y22+yг)
U2
1/( y22 yг )
U2
1
Z вых
y12 y21
y12 y21
I2 1
y22
( y11 yс )( y22 yг )
( y11 yс )
y12 y21
1
yвых
y22
Z вых
( y11 yс )
I2

66. СВЯЗЬ S- И Y-ПАРАМЕТРОВ

y11 +go
y22 +go
y21
U1п
y12
U2о
y11 +go
y22 +go
y21
U1о
U2п
y12
y12
g0 yвх
у12 у21
S11
; увх у11
U1o
y11 g0
g0 yвх
у22 g0 S12
y12 y21
U 2п 1
y21
y11 gо y22 g0
U 2o
y22 g0
S21
g0 yвых
у12 у21
y
y
U1п 1
S22
; увых у22
12 21
g0 yвых
у11 g0
y
g
y
g
11 о 22 0

67. СВЯЗЬ Y- И S-ПАРАМЕТРОВ

Y-параметры отрезка линии
1
jYo cos x
Y
cos x
sin x 1

68. СИГНАЛЬНЫЙ ГРАФ СВЧ ЦЕПИ

hc
x
1 Uco e
Гс
Uсп
Гс Гсе
j с
Гн Гне
j н
Uнп
Гн
х
е
Ic
hc =
Yc + g o
Uно
U но g0 Yн
Гн
U нп g0 Yн
U со g0 Yс
Гс
U сп g0 Yс

69. УСЛОВИЕ СОГЛАСОВАНИЯ ПО МОЩНОСТИ НА СВЧ

Р н =Р нпад 1-Г Pн пад =
2
н
Рн =
*
нп
U нп U
1-Г Г
dPн
0
dГ н
н
*
н
hc
U нп =
1-Г с Г н
*
нп
U нп U
(1-Г н Г )
Рн =
(1-Гс Гн )(1-Г*с Г*н )
h
Гс Гн
с н 0
2
c
*
н
Гс Г
*
н

70. Коэффициент передачи по мощности на СВЧ

h (1 Гн )
h
h
Pн max
Pco
*
2
2
2
(1 Гн Гн ) (1 Гн ) (1 Гc )
2
c
2
Рн =
2
c
2
c
h (1-Г н Г )
2
c
*
н
1-Г с Г н
2
Pн 1-Г 1-Г
Kp =
=
2
Р с0
1-Г Г
2
с
2
н
с
н

71. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

U
1+Г
Z 1+Г
Z
z
I
1 Г
1 Г
z Re(z) jIm(z) r jx
Г Re(Г) jIm(Г)
1+ Re(Г) jIm(Г)
z
1 Re(Г) jIm(Г)
2
2
1 Re (Г) Im (Г) j2 Im(Г)
z
2
2
[1 Re(Г)] Im (Г)

72. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

Активная составляющая
нормированного сопротивления
1 Re (Г) Im (Г)
r
2
2
[1 Re(Г)] Im (Г)
2
2
Реактивная составляющая
нормированного сопротивления
2 Im(Г)
x
2
2
[1 Re(Г)] Im (Г)

73. Нелинейное преобразование комплексной плоскости в круговую диаграмму

74. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

(Для действительной части)
r[1 Re(Г)]2 Re2 (Г) (1 r) Im2 (Г) 1
r[1 2Re(Г) Re (Г)] Re (Г) (1 r) Im (Г) 1
2
2
2
(1 r) Re (Г) 2r Re(Г) r 1 (1 r) Im (Г) 0
2
2
2r
r 1
2
2
Re (Г) 1 r Re(Г) 1 r Im (Г) 0
2
2
2
2r
r 1 r r
2
Re
(Г)
Re(Г)
Im
(Г) 0
1 r 2 1 r 1 r 21 r
2
r
r r 1 1
2
Re(Г) 1 r Im (Г) 1 r 1 r 1 r

75. Диаграмма Смита (1937 г.) (номограмма Вольперта)

Реальная часть показывает, что на комплексной плоскости все
возможные сопротивления с нормализованным значением r
находятся на окружности с радиусом [1/(1+r)] и центром в точке
[r/(1+r),0]. Поскольку нормализованное сопротивление r
изменяется от нуля до бесконечности, то мы получаем семейство
окружностей, содержащихся внутри области для коэффициента
отражения | Г | < 1.
1
1
-1
-1

76. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

(Для мнимой части)
x [1 Re(Г)] x Im (Г) 2x Im(Г) 0
2
1
1
2
2
[1 Re(Г)] Im (Г) Im(Г) 2 2 0
x
x
x
2
2
2
2
2
1
1
[1 Re(Г)] Im(Г) 2
x
x
2

77. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

Мнимая часть показывает, что на комплексной плоскости все
возможные реактивности с нормализованным значением x находятся
на окружности с радиусом [1/x] и центром в точке [1,1/x].
Нормализованная реактивность x изменяется от минус до плюс
бесконечности, поэтому мы получаем семейство дуг, содержащихся
внутри области для коэффициента отражения | Г | < 1.
1
-1
1
-1

78. Диаграмма Смита (номограмма Вольперта)

Г= 0,52+j0,64
Z= 0,5+j2,0
-1
1
-0,5
2
0,9
-2
0,5
0,8
0,7
0,6
0,5
-4
4
0,4
0,2
-0,2
0,3
0,2
-10
10
0,1
0
-0,5
-0,8
-0,2
0,2
10
-0,2
0,8
4
-0,2
-0,3
2
1
0,2
-4
1
-0,5
-0,6
0,5
-0,5
2
0,5
-0,7
-0,8
0,2
-0,9
-1
1
-10
2
-0,4
4
0
10
-0,1
4
10
0,5
0,2
-2
0,5
Г 0,8246

79. Согласование импедансов

Чтобы попасть сюда, вначале
Затем
введением
индуктивности
необходимо
введением
ёмкости
переместиться
по
окружности
переместиться по окружности,
сопротивления
Ом к центру
проходящей
через50
исходную
точку,
диаграммы.
Это
и
будет
означать
на окружность сопротивления 50
согласование.
Ом. Только
она проходит через
центр диаграммы
Пошаговая
анимация
Точка на круговой диаграмме,
соответствующая импедансу
нагрузки
Точка на круговой диаграмме,
соответствующая импедансу
источника сигнала 50 Ом

80. Согласование на СВЧ

81. ВЦ НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЯХ

l = l1 +l2
К источнику
сигнала
bL go ctg
l2
l1
Свх
nв
Ul
U l1
Ul
2 l
2 l
bL bC go ctg
Cвх 0
Cвх
l
arc ctg
2
go
2 l1
U sin(
)
U sin[
2 (l1 l2 )
]
g вх
nв =
gс
2 l
l1
arc sin(nв sin
)
2

82. 1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ

l2
Ограничители СВЧ мощности
2
Lв
W2
Cпер
2
W12
Rвх max
rниз
Cпер
2
W
Lв
Rвх min 1
Roe
Cконстр
rниз
Lв
rвыс
К антенне
l3
W3
r
Cконстр
1
1
ЛП
l1
W1
К РПрУ
2 l2
1
2 l3
2 l2
)+j o L в +jW3 tg(
)=0
jW2 tg(
)+j o Lв -j
=0; jW2 tg(
oCпер

83. 2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ

СВЧ мосты
1
3
P1
P3
1
3
2
4
P4
P2
2
4
P1 P3 P4 ,
P3 P4 ,
P2 0
1. Синфазно-противофазные мосты.
2. Квадратурные мосты
3. Квадратные мосты
4. Круглые

84. 2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ

СВЧ мосты
/4
1
W
Wшл=W
2 W
Wл=0,707W
W
3
Wшл=W
Wл
W 4
/4

85. Квадратурный мост

Граф проводимости:
Матрица проводимости
отрезка ЛП:
Yo
1
jYo cos x
Y
cos x
sin x 1
Yo
Матрица S-параметров
отрезка ЛП:
jYo
0
S j x
e
e j x
0
1
Yo
j1,414Yo
3
j1,414Yo
jYo
2
Yo
jYo
j1,414Yo
j1,414Yo
4
Yo
jYo

86. Квадратурный мост

1
1
Сигнальный граф:
j1,414
3
j1,414
j
j
j1,414
j
j1,414
2
4
j

87. Квадратурный мост

Расчет коэффициента передачи:
1 (1 j2 1, 414j 1, 414j)
4
T1
2
2
2
2
4
4
1 j j 2j 2j 2j 1, 414j j 1, 414j 4j j 8
1 j(1 j2 ) 1, 414j j 1, 414j
T2
0
2
2
2
2
4
4
1 j j 2j 2j 2j 1, 414j j 1, 414j 4j j
1 1, 414j(1 2j2 ) j 1, 414j j
2,828j
T3
2
2
2
2
4
4
1 j j 2j 2j 2j 1, 414j j 1, 414j 4j j
8
1 1, 414 j j j 1, 414 j
2,828
T4
2
2
2
2
4
4
1 j j 2 j 2 j 2 j 1, 414 j j 1, 414 j 4 j j
8
T3 2,828 4
T4
0, 707 ( 3дБ)
8
8
T1
T1

88. 2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ

СВЧ мосты
2
W
/4
3
/4
/4
W
W
1
W
3/
4
Wл=1,414W
3 / 4

89. Делитель мощности СВЧ

Выход 1
Вход
Выход 2
Резистор

90. 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ

Ферритовые циркуляторы
2
H
1, 2, 3 – отрезки
микрополосковых линий;
4 - ферритовая подложка;
5 - заземляющая пластина;
6 - постоянный магнит.
4
D
1
5
D
3
6
0, 6 o
ф