Русский | English | Deutsch

Проектирование и полноволновое моделирование СВЧ-усилителя на 2.4 ГГц

Проект посвящен численному расчету, топологической трассировке и трехмерному электродинамическому анализу согласующих цепей СВЧ-усилителя, спроектированного для работы на центральной частоте 2.4 ГГц.

Структура репозитория

.
├── cad/           # Твердотельные 3D-модели компонентов (STEP, SolidWorks)
├── calculations/  # Файлы аналитических расчетов (Mathcad)
├── docs/images/   # Графические материалы, схемы и результаты симуляций
├── pcb/           # Файлы топологии печатной платы и Gerber-архив
└── simulation/    # Проекты полноволнового 3D-моделирования (CST Studio Suite)

Аналитический расчет согласующих цепей

Аналитический расчет выполнен в среде Mathcad на основе эквивалентных S-параметров активного компонента при опорном импедансе $Z_0 = 50\text{ Ом}$. Предварительно был рассчитан коэффициент стабильности Роллетта ($K$). Полученное значение $K = 0.543 < 1$ свидетельствует о потенциальной нестабильности транзистора на рабочей частоте 2.4 ГГц. Для выбора безопасных зон импеданса были построены окружности стабильности (Stability Circles) на диаграмме Смита.

По полученным входным и выходным комплексным сопротивлениям ($Z_{11} = 5.787 - j27.928\text{ Ом}$, $Z_{22} = 20.39 - j27.496\text{ Ом}$) из стабильной области были рассчитаны геометрии четвертьволновых микрополосковых трансформаторов и компенсирующих шлейфов. Для входной цепи ширина трансформатора составила $W_1 = 9.55\text{ мм}$ при длине $l_1 = 17.67\text{ мм}$ (длина шлейфа $\theta_1 = 3.85\text{ мм}$). Для выходной цепи ширина равна $W_2 = 4.31\text{ мм}$, длина $l_2 = 18.24\text{ мм}$ (длина шлейфа $\theta_2 = 3.80\text{ мм}$).

3D-моделирование и топология

Проверка отдельных полосковых элементов выполнена в CST Studio Suite. Трассировка печатной платы произведена в САПР Altium Designer с размещением проводников на верхнем слое (Top Layer) и формированием защитного периметра из переходных отверстий (Via Fencing) для снижения уровня паразитных излучений и обеспечения стабильного потенциала заземления.

Результаты моделирования

Полноволновой электродинамический анализ готовой печатной платы в CST Studio Suite продемонстрировал соответствие расчетным характеристикам. На целевой частоте 2.4 ГГц значение коэффициента отражения составило $S_{11} = -16.05\text{ дБ}$, КСВН равен 1.37, а входной импеданс системы равен $Z_{11} = 50.39\text{ Ом}$, что свидетельствует о согласовании тракта с допустимой погрешностью.

Лицензия

Copyright (c) 2026 Ilya Kornilov

Этот исходный код описывает открытое аппаратное обеспечение и распространяется под лицензией CERN-OHL-P v2 (https://cern.ch/cern-ohl). Вы можете перераспространять и изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии.