МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ПРИЕМНЫХ ТРАКТОВ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ ПАКЕТА ПРОГРАММ CST MICROWAVE STUDIO

Введение

Современные СВЧ устройства: радиоприемники, передатчики, системы переноса информации на радиочастоте – фактически состоят из антенны, радиоканала приема/передачи, блоков перевода информации из аналогового вида в цифровой и обратно и цифровой части. Отдельные радиотехнические узлы реализуются в виде микросхем и процессоров, поэтому проектирование полной системы приема и обработки радиоволн включает анализ коммутационных, модуляционных и прочих узлов. Эти и другие особенности современных радиосистем требуют разработки и исследований новых методов анализа, синтеза и проектирования как всей системы, так и отдельных узлов.^[1]

Моделирования в программе CST

Рассмотрим процесс моделирования блока СВЧ тракта на примере построения нескольких каскадов малошумящего усилителя (МШУ). Для наглядности рассмотрим МШУ-HMC460, со следующими интересующими нас параметрами: Частота – 6 - 18 ГГц; усиление – 14 дБ; коэффициент шума – 2.5 дБ; входные потери – 22 дБ; выходные потери – 15 дБ. Установим ее на плату – материал – фольгированный Rogers 4350, толщиной 0,508 мм.

Для дальнейшего проектирования рассчитаем ширину микрополосок в тракте и построим упрощенную модель нашей системы рисунок 1.

Следующий шаг – моделирование перехода МШУ - плата. Рассмотрим два варианта перехода: с помощью золотой проволоки или с помощью золотой ленты.

Вариант перехода с помощью проволок (диаметр проволоки 25 мкм)

Так как параметры перехода нас не устраивают, рассмотрим возможность «распайки» с помощью нескольких проволок. На рис.3 приведены данные для лучшего расположения проволок.

И даже при учете этого, при переходе с кристалла на плату мы теряем очень много мощности. Нам нужно чтобы сигнал проходящий через первый каскад имел минимальные значения S11 < -20 дБ, S21> -1,5 дБ. Для этого рассмотрим вариант перехода с помощью ленты.

Вариант перехода с помощью золотой ленты (ширина ленты – 0.1 мм)

Как видно из рисунков параметры переходы с использованием ленты намного лучше: потери на 19 дБ меньше, а к-т отражения на 2 дБ лучше. Таким образом результаты моделирования показали адекватность модели расчета в виде ленточной перемычки и неадекватность модели в виде проволок.

Так же, был промоделирован способ установки МШУ на плату. Наиболее популярными являются соосная и перпендикулярная установка корпусов модулей, а в связи с тем, что в данной работе нас интересует построение нескольких каскадов МШУ, для изучения их взаимодействия и воздействия на другие части нашего блока, мы не будем строить модель самого МШУ и воспользуемся S параметрами данного элемента, предоставляемыми фирмой Analog devices. Поэтому дальнейшие характеристики модели МШУ будем рассматривать вместе с блоком характеристик. На рис. 5 приведена модель установки МШУ с помощью перемычек, схематическая модель с установленным блоком S-параметров и сами S-параметры получившейся системы.

Рассмотрим вариант модели с согласованием нескольких элементов.

Согласование двух МШУ при их соосном позиционировании на плате

Согласование двух МШУ при их перпендикулярном позиционировании на плате

Согласование двух МШУ при их параллельном позиционировании на плате

Результаты моделирования

В данной статье были рассмотрены различные варианты установки МШУ на подложку. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что наилучшие параметры мы получаем при установке двух каскадов МШУ соосно и при распайки их между собой и на плату с помощью золотой ленты.

Список литературы:

1. Курушин, А. А. Проектирование СВЧ-устройств в среде CST Microwave Studio: учебное пособие по курсу "Автоматизированное проектирование систем и устройств" по направлению "Радиотехника" / А. А. Курушин, А. Н. Пластиков, Нац. исслед. ун-т "МЭИ" . – М.: Издательский дом МЭИ, 2012 . – 152 с.
2. Официальный сайт Computer Simulation Technology (CST). URL: https://www.cst.com/Applications/Category/Circuits-And-Components (Дата обращения: 27.04.17)