Задания на проектирование фильтров для систем телекоммуникаций

№	F1 МГц	F2 МГц	Fa МГц	Fb МГц	Lin дБ	Lout дБ
1	935	960	900	995	0.1	20
2	890	915	845	960	0.1	20
3	1710	1785	1690	1810	0.1	15
4	1805	1880	1785	1900	0.1	20
5	1880	1990	1820	2050	0.1	20
6	1900	2000	1810	2090	0.1	20
7	1710	1810	1620	1900	0.1	20
8	2250	2600	2180	2670	0.1	20
9	4020	4080	3960	4140	0.1	15
10	1810	1870	1710	1970	0.1	15
11	1900	2000	1800	2100	0.1	15
12	1720	1780	1680	1820	0.1	20

Лабораторная работа №2 «Проектирование направленных ответвителей с применением ltcc технологии»

• Схемотехнический анализ направленного ответвителя.

3. Выполните схемотехническое моделирование противонаправленного направленного ответвителя (НО) на распределенных отрезках линий передачи (см. рис. 1(а)) в диапазоне частот в соответствии с вашим вариантом. Выполните анализ модуля и фазы коэффициентов передачи в режиме деления мощности, модуля коэффициентов отражения по всем входам НО. Для описания схемы используйте модель микрополосковой линии Microstrip\ Lines\ MLIN. Значения геометрических параметров линии (W и L) определите по заданным электрическим параметрам на центральной частоте, используя инструмент TxLine (Tools\ TxLine\ Microstrip).

Для определения параметров подложки микрополосковой линии используйте модель MSUB (Substrates\ MSUB) с параметрами:

• Er = 7,8 (диэлектрическая проницаемость подложки);

• H = 950 мкм (толщина диэлектрической подложки);

• T = 15 мкм (толщина металлизации);

• Rho = 1;

• Tand = 0,001.

(а) (б)

Рис. 1 Примеры направленных ответвителей на распределенных отрезках линий передачи: гибридное кольцо (а) и 3-дБ шлейфный мост (б).

1. Выполнить переход от НО на распределенных отрезках линий передачи к сосредоточенному эквиваленту, используя Т- и П-схемы, представленные в таблице 1.

• Для преобразования отрезков линии передачи, имеющих электрическую длину EL=90° используйте эквивалентные схемы на сосредоточенных элементах, представленные в графе 1 (Табл.1).

• Распределенный отрезок линии передачи, имеющий электрическую длину EL=270° целесообразно представить в виде линии передачи электрической длинной EL= -90° и далее преобразовать его к ячейке, реализованной на сосредоточенных элементах по Т- или П-схеме в графе 2 (Табл.1).

• Используя, пакет Mathcad выполнить расчет L-C параметров эквивалентной Т- или П-схем, замещающих соответствующие распределенные отрезки линии передачи.

2. Выполните схемотехническое моделирование модуля и фазы коэффициентов передачи в режиме деления мощности, модулей коэффициентов отражения по всем входам результирующей схемы НО на сосредоточенных элементах. Сравните результаты моделирования с результатами, полученными в п.1.

Таблица 1

4. Выполните схемотехническое моделирование 3-дБ двухшлейфного направленного ответвителя (НО) на распределенных отрезках линий передачи в диапазоне частот в соответствии с вашим вариантом. Выполните анализ модуля и фазы коэффициентов передачи в режиме деления мощности, модуля коэффициентов отражения по всем входам НО.

   1. Выполнить переход от НО на распределенных отрезках линий передачи к сосредоточенному эквиваленту, используя П-схемы, представленные в таблице 1. Для преобразования всех отрезков линии передачи, имеющих электрическую длину EL=90° используйте эквивалентные схемы на сосредоточенных элементах, представленные в графе 1 (Табл.1).

   2. Для преобразования четвертьволновых отрезков линии передачи, имеющих волновое сопротивление 50 Ом, используйте эквивалентную емкостную П-схему инвертора на сосредоточенных элементах, а для отрезков линии передачи с волновым сопротивлением 35 Ом используйте эквивалентные схемы на сосредоточенных элементах, представленные в графе 1 (Табл.1). Такое представление позволяет минимизировать число индуктивностей в схеме НО на сосредоточенных элементах.

С = 1/(2πf Z₀)

Рис. 2 Эквивалентное представление четвертьволнового отрезка линии передачи в виде емкостной П-схемой инвертора на сосредоточенных элементах.

• Разработка многослойной структуры НО на квази-сосредоточенных элементах.

5. Опишите многослойную структуру НО 3-дБ двухшлейфного направленного ответвителя или гибридного кольца в соответствии с вашим вариантом на квази-сосредоточенных элементах. Для этого выполните следующее:

   1. Опишите параметры структуры (Project/ Add EM Structure/ New EM Structure) со следующими рекомендуемыми параметрами: размеры подложки не менее 15000 х 15000 мкм2, шаг сетки 50 мкм. Используйте необходимое количество диэлектрических слоёв от 3 до 5 толщиной 95 мкм с диэлектрической проницаемостью εr = 7,8 и тангенсом угла диэлектрических потерь tanδ = 0,002. Металлизация без учета потерь (Perfect Conductor). Для микрополосковых струкур – высота до крышки > 5000 мкм.

   2. Определите геометрические параметры всех индуктивных и емкостных элементов, входящих в эквивалентные П-схемы НО. Используйте примеры реализаций квази-сосредоточенных емкостных и индуктивных элементов на рис.3. Структуру располагайте в нескольких диэлектрических слоях.

   3. Получите наилучшее соответствие характеристик входного импеданса электродинамической структуры квази-сосредоточенного элемента с характеристиками идеального элемента.

   4. Опишите конструкцию НО в нескольких диэлектрических слоях, используя сформированную библиотеку квази-сосредоточенных емкостных и индуктивных элементов.

Рис.3 Элементная база многослойных ИС СВЧ на основе многослойной керамической технологии

• Пример реализации делителей и сумматоров мощности с применением многослойной технологии КНТО на квази-сосредоточенных элементах

(а)

(б)

(в)

Рис. 4 Многослойные конструкции делителей/сумматоров мощности на сосредоточенных элементах: (а), (б) – двух шлейфный мост, (в) – гибридное кольцо

• Контрольные вопросы

1. Представьте эквивалентные структуры на сосредоточенных элементах, используя Т- или П- схемы, двух шлейфного моста, гибридного кольца и моста Уилкинсона.

2. Для каких случаев делителей/сумматоров из п.1 можно в качестве отрезка длинной линии использовать схему емкостного или индуктивного инвертора? Примеры.

3. Какая из реализаций делителей/сумматоров на сосредоточенных или распределённых отрезках линий передачи является наиболее широкополосной?