Министерство образования науки россии
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В. И. Ульянова (Ленина)”
СВЧ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
Методические указания к лабораторным работам
Санкт-Петербург 2011 г.
Лабораторная работа №1 «Проектирование фильтров с применением кнто технологии»
Схемотехнический анализ полосно-пропускающего фильтра.
В среде Microwave Office выполните схемотехническое моделирование частотных характеристик Чебышевского полосно-пропускающего фильтра (|S21| и |S11|) на идеальных сосредоточенных элементах (рис. 1) в соответствии с вариантом задания. Расчет L-C элементов последовательных и параллельных контуров фильтра выполните с помощью программы Mathcad, используя файл расчета Chebyshev_Bandpass_Filters_Synthesis.mcd.
Рис.1 Электрическая схема полосно-пропускающего фильтра третьего порядка.
Перейдите к схеме фильтра на параллельных контурах (рис.2), используя инвертеры. Рекомендуется принять значения индуктивных элементов во всех параллельных контурах равными друг другу и, не превышающие величины L = 1 нГн. Далее определите значение емкостных элементов в параллельных контурах, рассчитайте коэффициенты инверсии всех инверторов входящих в схему и значения емкостей в инвертерах, реализованных по П-схеме. С помощью программы Microwave Office выполнить расчет характеристик (|S21| и |S11|) фильтра, состоящего только из параллельных контуров.
Рис. 2 Электрическая схема ППФ на параллельных контурах.
Введите потери в L-C элементах полосно-пропускающего фильтра и выполните расчет его характеристик. Для этого используйте сосредоточенные элементы с добротностями CAPQ и INDQ. Используйте величину добротностей емкостных и индуктивных элементов - 100.
Электродинамическое моделирование структуры фильтра
В диапазоне частот 2–2.7 ГГц выполните схемотехническое моделирование двухзвенного фильтра СВЧ на сосредоточенных элементах (см. рис. 3). Используйте следующие значения элементов L=0,22 нГн, С=19,4 пФ, емкость связи С=1,47 пФ.
Рис. 3
Опишите многослойную структуру полосно-пропускающего фильтра представленного на рис. 3. Для этого выполните следующее:
Создайте подложку (Project/ Add EM Structure/ New EM Structure) с параметрами (Enclosure): размеры подложки 8000 х 5000 мкм2, шаг сетки 100 мкм. Используйте 3 диэлектрических слоя по 95 мкм с εr = 7.8, tanδ = 0. Металлизация без учета потерь (Perfect Conductor). Шаг частотной сетки (EM Structure /Options/ Frequencies): 0.1 ГГц
Опишите структуру крайнего резонатора, выполните моделирование характеристик структуры резонатора |S21| и |S11| (см. рис. 4). Получите наилучшее соответствие характеристик модуля S11, S21 электродинамической структуры резонатора фильтра с характеристиками эквивалентной схемы контура на идеальных элементах.
Рис. 4 Резонатор выполненный на квази-сосредоточенных элементах.
Расположите два резонатора на одной подложке и организуйте перекрытие обкладок емкостей резонаторов между собой. Получите наилучшее соответствие характеристик модулей коэффициентов отражения и передачи многослойной структуры фильтра с характеристиками эквивалентной схемы.
Выполните электродинамическое моделирование ЕМ структуры фильтра в широком диапазоне частот 1-8 ГГц.
В отчете представить эскиз топологии фильтра, все эквивалентные схемы и результаты расчетов. Оценить соответствие результатов моделирования и исходных характеристик фильтра.
Пример реализации ППФ с применением многослойной технологии КНТО на квази-сосредоточенных элементах
Рис. 5 Многослойная топология трехзвенного ППФ на параллельных контурах с емкостными связями.
Контрольные вопросы
Опишите порядок синтеза полосно-пропускающего фильтра на сосредоточенных элементах.
Чем отличаются характеристики ППФ на сосредоточенных элементах и отрезках линии передачи? Почему?
Каким образом могут быть реализованы инверторы сопротивления и проводимости?
Какие преимущества могут быть получены с использованием инверторов при проектировании ППФ?
Какие инверторы следует использовать для преобразования лестничной структуры фильтра к структуре состоящей из только из параллельных контуров или только из последовательных контуров?