10.11: Розподілене узгодження

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28963

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Узгодження за допомогою загострених елементів призводить до послідовних і шунтуючих загострених елементів. Елементи шунта можуть бути реалізовані за допомогою шунтуючих ліній електропередачі, оскільки коротка довжина (менше чверті довжини хвилі) короткозамкненої лінії електропередачі виглядає як індуктор, а коротка ділянка розімкнутої лінії електропередачі виглядає як конденсатор. Однак в мікросмужці неможливо реалізувати елементи серії як довжини ліній електропередачі. Рішення полягає у використанні відрізків ЛЕП разом з шунтуючими елементами. Якщо простір не є премією, це оптимальне рішення, оскільки лінії електропередачі мають набагато менші втрати, ніж згорнутий індуктор. Лінії передачі серії обертають коефіцієнт відбиття на графіку Сміта.

Як і у випадку з усіма відповідними конструкціями, використання ліній електропередачі починається з топології на увазі. Кілька топологій показані на малюнку\(\PageIndex{1}\). Малюнок\(\PageIndex{1}\) (а) - це вид зверху мікросмужкової узгоджувальної мережі з послідовною лінією передачі та заглушкою, реалізованою як лінія електропередачі з відкритим контуром. Рисунок\(\PageIndex{1}\) (b) є скороченою схемою для цієї схеми. Тоді узгодження дизайну мережі стає проблемою вибору довжин та характерних імпедансів ліній.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Відповідність мереж з елементами лінії електропередачі.

Заглушка тут використовується для реалізації ємнісного шунтуючого елемента. Ця мережа відповідає двоелементному узгодженню з шунтуючим конденсатором. Значення ємності шунта можна збільшити за допомогою подвійної заглушки, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\) (c), де ємнісні вхідні опори кожної заглушки паралельні. Подвійний контур до того, що на малюнку\(\PageIndex{1}\) (а) показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) (d) разом з його схематичним зображенням на малюнку\(\PageIndex{1}\) (e). Ця схема має короткозамкнуту заглушку, яка реалізує індуктивність шунта.

Змішування згорнутих конденсаторів з елементом лінії електропередачі, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\) (f), реалізує набагато більш компактну конструкцію мережі. Існує багато варіацій дизайну на основі узгодження мережі, включаючи конструкцію з двома заглушками на малюнку\(\PageIndex{1}\) (g).

Поширеною ситуацією, що зустрічається в лабораторії, є узгодження схем, які знаходяться в розробці. Лабораторні елементи, доступні для узгодження, включають тюнер заглушки, показаний на малюнку\(\PageIndex{2}\) (а), і подвійний тюнер, показаний на малюнку\(\PageIndex{2}\) (b). За допомогою тюнера з подвійною заглушкою довжина лінії передачі серії фіксована, але заглушки можуть мати змінну довжину, використовуючи довжини ліній електропередачі з ковзаючими короткими замиканнями. Однак не всі імпеданси можуть бути узгоджені за допомогою подвійного тюнера. Тюнер з трьома заглушками може відповідати всім представленим йому імпедансам [1]. Подвійний тюнер, показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) (c), має діелектричні слимаки, кожен з яких вводить короткий ділянку лінії нижнього опору. Слимаки переміщуються вгору і вниз по лінії і уникають швидких змін імпедансів, які відбуваються з тюнерами заглушки, і в результаті подвійний тюнер забезпечує більш широкий збіг пропускної здатності, ніж подвійний тюнер заглушки. Тюнер слайд-гвинта, показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) (d), може досягти широкосмугового збігу. Тут металевий слимак може бути опущений в сляблайн, змінюючи імпеданс ділянки лінії електропередачі, і в основному впливає на величину коефіцієнта відбиття, при переміщенні металевого кулі вздовж лінії здебільшого впливає на фазу. Це тип тюнера, вбудованого в автоматизовані тюнери, керовані комп'ютером.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Лабораторні тюнери.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Обертання вхідного опору лінії електропередачі на діаграмі Сміта нормалізується до\(Z_{01}\) збільшення довжини лінії.

10.8.1 Відповідність заглушок

У цьому розділі буде розглянуто узгодження з використанням однієї лінії передачі серії та однієї заглушки. Це відповідає топологіям мікросмужкових схем, показаним на малюнках\(\PageIndex{1}\) (a і d). Спочатку розглянемо закінчену лінію електропередачі, показану на малюнку\(\PageIndex{3}\). Коли довжина лінії дорівнює нулю, вхідний опір лінії\(Z_{\text{in}}\), дорівнює\(Z_{L}\).\(\ell_{1}\) Як він змінюється найкраще описати, враховуючи вхідний коефіцієнт\(\Gamma_{\text{in}}\) відбиття лінії. Якщо коефіцієнт відбиття нормалізується до\(Z_{01}\), то величина\(\Gamma_{\text{in}}\) і його фаза змінюється в два рази більше електричної довжини лінії. Ця ситуація показана на графіку Сміта на малюнку\(\PageIndex{3}\), де\(Z_{L}\) вибирається довільно. Вхідні дані

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Дизайн для прикладу\(\PageIndex{1}\).

коефіцієнт відбиття лінії обертається за годинниковою стрілкою у міру збільшення довжини лінії. Один із способів запам'ятати це - розглянути розімкнуту лінію. Коли довжина лінії дорівнює нулю,\(Y_{\text{in}} = 0\) і\(\Gamma_{\text{in}} = +1\). Коротка довжина цієї лінії є ємнісною, так що її коефіцієнт відбиття буде знаходитися в нижній половині діаграми Сміта. Довжина лінії може бути використана для обертання імпедансу до відповідної точки, щоб слідувати лінії постійної провідності до потрібного вхідного опору.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Matching Network Design With a Transmission Line and a Single Stub

Спроектуйте двоелементну відповідну мережу для відповідності джерела з імпедансом\(Z_{S} = 12.5 + 12.5\jmath\:\Omega\) до навантаження\(Z_{L} = 50 − 50\jmath\:\Omega\), як показано на малюнку 10.7.5. Цей приклад повторює дизайн у прикладі 10.7.1, але тепер використовує лінію електропередачі.

Рішення

Як і в прикладі 10.7.1, вибираємо\(Z_{0} = 50\:\Omega\) і контур проектування знаходиться від\(z_{L} = Z_{L}/Z_{0} = 1 −\jmath\) до\(z_{s}^{\ast}\), де\(z_{s} = 0.25 + 0.25\jmath\). Одне з можливих конструктивних рішень зазначено на малюнку\(\PageIndex{4}\). Довжина лінії,\(\ell\) (беручи локус від точки\(\mathsf{C}\) до точки\(\mathsf{B}\)), дорівнює

\[\ell = 0.4261\lambda -0.3125\lambda =0.1136\lambda\nonumber \]

і нормована сприйнятливість шунта,\(b_{P}\) (взяття локусу від точки\(\mathsf{B}\) до точки\(\mathsf{C}\)), є

\[b_{P}=b_{A}-b_{B}=2-1=1\nonumber \]

Таким чином\(X_{P} = (−1/b_{P})\times 50\:\Omega = −50\:\Omega\). Остаточна конструкція показана на малюнку\(\PageIndex{2}\) (а). Конструкція заглушки на малюнку\(\PageIndex{2}\) (b) дотримується процедури, описаної в прикладі 6.5.1.

10.8.2 Гібридне розподілене узгодження

Мережа узгодження без втрат може мати лінії електропередачі, а також індуктори та конденсатори. Якщо системним опорним або нормалізаційним імпедансом є характеристичний імпеданс лінії електропередачі, то місце вхідного імпедансу (або коефіцієнта відбиття) лінії щодо довжини

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Конструкція мережі з одним заглушком Приклад\(\PageIndex{1}\): (а) електричне проектування; і (б) електричне проектування з шунтуючою заглушкою.

лінія являє собою дугу на колі з центром біля початку діаграми Сміта. Напрямок дуги - за годинниковою стрілкою, оскільки електрична довжина лінії відходить від навантаження. Таким чином, можлива гібридна узгоджувальна мережа, яка поєднує довжину лінії електропередачі з згорнутим елементом (бажано конденсатор, а не індуктор, оскільки індуктор мав би відносно менший\(Q\)).