Моделирование в САПР "Ansys HFSS" и экспериментальное исследование гибридного кольцевого моста дециметрового диапазона частот

Гибридный кольцевой мост для антенно-фидерного устройства (АФУ) космического аппарата (КА) предназначен для обеспечения независимой одновременной работы двух передатчиков, передающих различную телеметрическую информацию на близких частотах диапазона Д1 ( f o , f o + 12 %) на антенную систему, состоящую из двух антенн. Применение в схеме АФУ КА гибридного кольцевого моста позволяет отказаться от электромеханических переключателей

бортовых передатчиков системы телеметрических измерений, а также формирования и выдачи команд, управляющих его работой, что в значительной мере повышает надежность.

В основу конструкции гибридного кольцевого моста положена классическая схема (рис. 1) X /4 ^ X /4 ^ X /4 ^ 3 Х /4 в полосковом исполнении, где X — длина волны в диэлектрике [1].

Согласно теории волновое сопротивление W

ЗЛ

Т

Рис. 1. Схема гибридного кольцевого моста

токоведущих дорожек кольца должно превышать волновое сопротивление выводов в 2, то есть при волновом сопротивлении плеч 50 Ом, волновое сопротивление токоведущих дорожек кольца должно быть 70 Ом [2].

Волновое сопротивление полосковой линии определяется выражением (1)

W =

100л

где Vs - коэффициент укорочения материала в исполнении несимметричной полосковой линии; b – ширина дорожки кольцевого моста; d – толщина диэлектрического материала.

Соответственно ширина дорожки определяется выражением:

Г 100лIWVs

Измеренный экспериментально коэффициент укорочения в несимметричной линии для материала Флан-10 составляет 2,53.

С учетом этого коэффициента укорочения ширина выводов составляет для W = 50 Ом:

b = Г 100п - Л 2 = 2,74 мм.

( 50 • 2,53

Для токоведущей дорожки кольца при W = = 70 Ом:

к Г 1001

b, =          — 12 = 1,38 мм.

к (70 • 2,53

Поскольку частоты работы передатчика со-

Рис. 2. Модель гибридного кольцевого моста в Ansys HFSS ставляют 625 и 645 МГц, длину волны электро-

Рис. 3. КСВ с соединителей 1, 2, 3 и 4 модели гибридного кольцевого моста

Рис. 4. Затухание мощности между соединителями 1–2, 1–4, 2–3, 3–4 модели гибридного кольцевого моста

Д.С. КЛЮЕВ, А.А. КУЗЬМЕНКО, А.С. МАЛЬЦЕВ, Д.В. МИШИН1, С.Б. ФИЛИППОВ ФВПиРТС, 2018

Рис. 5. Затухание мощности между соединителями 1–3 и 2–4

магнитных волн в диэлектрике определим по

формуле:

х = 7^

635 ■ 2,53

= 18,7 см.

Модель гибридного кольцевого моста, реализованная в САПР «Ansys», представлена на

рис. 2, а ее расчетные электрические характеристики представлены на рис. 3–5.

По результатам моделирования был создан экспериментальный образец гибридного кольцевого моста (рис. 6), электрические характеристики которого в значительной мере соответствуют расчетным и удовлетворяют требованиям:

• –    КСВ на соединителях кольцевого моста: не более 1,5;

• –    величина затухания мощности между соединителями 1–2, 1–4, 2–3, 3–4: не более 3,5 дБ;

  – величина затухания мощности между соединителями 2–4, 1–3: не менее 20 дБ.

Электрические характеристики экспериментального образца гибридного кольцевого моста представлены в табл. 1–3.

В настоящее время разработка новых конструкций приборов СВч АФУ КА ведется преимущественно с помощью экспериментальных исследований. Экспериментальными исследо-

Таблица 1

	Соединители
	1	2	3	4
КСВ (625 МГц)	1,09	1,15	1,13	1,14
КСВ (645 МГц)	1,21	1,23	1,26	1,25

Таблица 2

	Соединители
	2–4	1–3
Величина затухания мощности (625 МГц), дБ	30,2	29,8
Величина затухания мощности (645 МГц), дБ	33,8	33,4

Таблица 3

	Соединители
	1–2	1–4	2–3	3–4
Величина затухания мощности (625 МГц), дБ	3,1	3,1	3,1	3,2
Величина затухания мощности (645 МГц), дБ	3,3	3,2	3,2	3,3

Рис. 6. Экспериментальный образец гибридного кольцевого моста

ваниями возможно добиться необходимых результатов, однако это требует изготовления определенного количества экспериментальных образцов, необходимых для определения оп-

тимальной конструкции, обеспечивающей необходимые электрические характеристики. Разработка принципов моделирования и алгоритмов расчета электрических характеристик позволит создавать новые конструкции приборов СВч и существенно снизить материально-временные затраты на опытное производство, экспериментальные исследования, конечную доводку и настройку приборов СВч, разрабатываемых для различных частотных диапазонов радиотехнических систем КА.