У каждого радиолюбителя, радиоинженера или студента, только готовящегося стать радиоинженером, часто возникает задача расчета волнового сопротивления (импеданса) линии передачи.
Конечно, для многих типов линий передачи можно найти готовые формулы (пусть и приближенные, но все-таки) и набить их, например, в EXCEL или Octave или же воспользоваться симуляторами, способными с заданной точностью рассчитать волновое сопротивление проводников. Все это есть, но в большинстве случаев не всегда удобно. Гораздо удобнее воспользоваться уже подготовленными утилитами (калькуляторами), которые помимо вычисления волнового сопротивления могут обладать набором вспомогательных полезных функций. Сегодня я бы хотел рассказать об утилите от фирмы Avago — AppCAD.
Приложение AppCAD хоть и старенькое, но достаточно функциональное и позволяет не только рассчитывать волновое сопротивление для ряда типов линий передачи, но и проводить различные несложные схемотехнические и системотехнические расчеты, а также работать с файлами S-параметров. Но об этом мы поговорим чуть ниже, а пока вернемся к расчету волнового сопротивления.
AppCAD поможет рассчитать волновое сопротивление различных линий передачи. Судите сами...
1. Микрополосковая несимметричная линия передачи — Microstrip. Основа любой печатной платы (не только высокочастотной).
2. Копланарная линия – CPW. Можно считать копланар с «земляным» полигоном или без него. Очень удобно, на мой взгляд.
3. Симметричная полосковая линия – Stripline
4. Параллельные проводные (или проволочные) линии — Parallel Wire Line. Можно рассчитать не только волновое сопротивление, но и решить обратную задачу — подобрать величину D при прочих заданных параметрах.
5. Одиночный проводник над «земляной» (проводящей) плоскостью — Wire over Ground.
6. Круглый симметричный коаксиальный волновод (кабель) — Round Coaxial
7. Квадратный симметричный коаксиальный волновод — Square Coaxial
8. Линия с корытообразным экраном — Trough Line
9. Slab Line — аналог симметричной полосковой линии, но центральный проводник имеет круглое сечение.
Также при расчете параметров линии передачи выводится некоторое количество полезной информации: электрическая длина линии (пересчитывается в физическую длину); скорость распространения ЭМВ в линии (Vp); расчет эффективной относительной диэлектрической проницаемости (для планарных структур).
Помимо собственно расчета, присутствует также небольшой справочник с параметрами наиболее популярных материалов (есть FR-4, различные марки Rogers и другие материалы).
На этом тему расчета волнового сопротивления в AppCAD можно считать закрытой. Но думаю, что было бы неправильно не сказать о том, какие еще полезные функции есть в AppCAD.
10. Расчет симметрирующего трансформатора, который наши зарубежные коллеги называют balun.
Этот инструмент может пригодиться, если нужно, например, сопрячь микросхему с дифференциальным выходом с антенной, имеющей несимметричный вход или наоборот — сопрячь несимметричный вход приемника или выход передатчика (например, 50-омная микрополосковая линия) с антенной, имеющей симметричный вход/выход (например, диполь или рамочная антенна).
11. Работа с файлами S-параметров.
Многие производители ВЧ/СВЧ компонентов и устройств дают на свои изделия не только техническую документацию в виде Datasheet, но и часто предоставляют данные в виде файлов S-параметров. Это может быть удобно, если разработчик хочет промоделировать поведение какого-либо функционального узла в составе разрабатываемого устройства. Используя файл S-параметров можно получить не только коэффициенты отражения и передачи, но и ряд других характеристик (например, КСВН, НГВЗ, коэффициент устойчивости и т.д.).
Часто бывает удобнее сравнивать некоторые компоненты по их характеристикам, представленным S-параметрами. Скажем, можно сравнить несколько усилителей по их коэффициенту усиления (S21), коэффициенту отражения (S11), коэффициенту обратной передачи (S12) и коэффициенту устойчивости (K-factor).
AppCAD позволяет подгружать до 6 файлов S-параметров одновременно.
Есть раздел Application Examples, который содержит несколько примеров работы с файлами S-параметров.
12. Системотехнические расчеты представлены разделом NoiseCalc — расчет коэффициента шума, коэффициента усиления, точки IP3.
Для каждого функционального узла, входящего в состав тракта, можно ввести свои данные и посмотреть, как изменятся результирующие характеристики всего тракта.
13. Есть возможность рассчитать комбинационные составляющие на выходе смесителя — Mixer Spur Finder.
При этом можно использовать режим расчета, когда радиочастота (RF) изменяется, но гетеродин (LO) при этом остается постоянным (Variable RF — Fixed LO). А можно использовать режим расчета, при котором и радиочастота (RF), и частота гетеродина (LO) изменяются (Variable RF — Variable LO).
Настраиваются частоты и количество гармоник отдельно для радиочастоты (RF) и гетеродина (LO).
14. Расчет интермодуляционных искажений — Intermodulation Calculator.
Например, можно рассчитать уровень интермодуляционных составляющих 3-го порядка на выходе вашего активного устройства, если вам известны уровни входных сигналов и IP3. Лично я постоянно путаюсь в этих расчетах и поэтому такая опция для меня безусловное благо :)
15. Справочник инженерных констант — Engineering Constants.
Тут, я думаю, все понятно. Основные фундаментальные постоянные нашего мира, которые частот используются в расчетах.
Думаю, что я перечислил наиболее интересные и полезные функции приложения AppCAD. Но это далеко не все функции. Если вам интересно, то обо всех остальных функциях вы можете узнать сами, скачав приложение (благо, оно бесплатно).
