Methods for synthesis of matching circuits for broadband radio devices with unstable load impedance

Abstract

Целью работы является выбор метода синтеза широкополосной согласующей цепи, обеспечивающей максимальную передачу мощности от источника сигнала в нагрузку при наличии изменяющегося импеданса нагрузки радиотехнического устройства. Для достижения поставленной цели был осуществлен анализ основных направлений проектирования широкополосных согласующих цепей (аналитические, численные, графоаналитические методы синтеза). По результатам сравнения методов синтеза были указаны их особенности (достоинства и недостатки). Был выполнен анализ методов синтеза широкополосных согласующих цепей. Для анализа были выбраны обобщенный метод Дарлингтона, метод вещественных частот, структурно-параметрический метод синтеза на основе аппарата Т-матрицы, графоаналитический метод на основе диаграммы Вольперта – Смитта. С помощью данных методов синтеза были получены широкополосные согласующие цепи применительно к различным типам нагрузок. Сопоставление полученных результатов осуществлялось по нескольким показателям: уровню коэффициента передачи мощности в рабочем диапазоне частот, чувствительности коэффициента передачи по мощности к изменению номиналов элементов согласующей цепи и импедансу нагрузки при условии, что количество элементов согласующей цепи не более шести. На основании проведенного сравнения и анализа методов синтеза было установлено, что для решения поставленной задачи наиболее предпочтительным является метод вещественных частот. Его достоинством является использование комбинационного подхода (итеративного нахождения параметров функции сопротивления с аналитическим представлением функции передачи). Согласующие цепи, полученные с помощью данного метода синтеза, обеспечили наибольший уровень коэффициента передачи по мощности, а также наименьшее значение чувствительности в заданной полосе частот для рассматриваемых типов нагрузок.The aim of this work is to select a synthesis method for a broadband matching circuit that provides maximum power transfer from a signal source to a load in the presence of a changing load impedance of a radio engineering device. To achieve this goal, an analysis of the main directions of designing broadband matching circuits (analytical, numerical, graphic-analytical synthesis methods) was carried out. Based on the results of a comparison of synthesis methods, their features (advantages and disadvantages) were indicated. The analysis of methods of synthesis of broadband matching circuits was carried out. For the analysis, the generalized Darlington method, the method of real frequencies, the structural-parametric synthesis method based on the T-matrix apparatus, and the graphic-analytical method based on the Volpert-Smith diagram were chosen). Using these synthesis methods, broadband matching circuits were obtained for various types of loads. Comparison of the results obtained was carried out according to several indicators: the level of the power transfer coefficient in the operating frequency range, the sensitivity of the power transfer coefficient to the change in the ratings of the elements of the matching circuit and the load impedance, provided that the number of elements of the matching circuit is no more than six. Based on the comparison and analysis, it was found that the most preferable synthesis method for solving the problem posed is the method of real frequencies. Its advantage is the use of a combination approach (iterative determination of the parameters of the resistance function with an analytical representation of the transfer function). Matching circuits obtained using this synthesis method provided the highest level of power transmission coefficient, as well as the lowest sensitivity value in a given frequency band for the considered types of loads