LS-Sb89569

пать» взаимосвязи между различными параметрами проектируемого фильтра, оценить их влияние на конечный результат и, таким образом, осознанно корректировать процесс поиска решения, а тем самым и минимизировать количество перебираемых искомых вариантов. Последних, в принципе удовлетворяющих заданным критериям, может быть несколько. В этом случае при выборе наилучшего варианта целесообразно руководствоваться такими критериями оптимизации, как технологичность конструкции, в частности возможно большие значения Wв и h, минимальный разброс значений ширины

Wв, Wн, W0 и длин lk элементов, минимальные массогабаритные характери-

стики, в частности возможно меньшие число элементов n и общая длина l фильтра (в стандартных пределах до 100 мм).

На последнем этапе проектирования необходимо обеспечить минимальный уровень потерь в фильтре так, чтобы суммарные потери в полоске, в диэлектрической подложке и на излучение на граничной частоте fп не превы-

шали наперед заданного значения (задается преподавателем). В противном случае АЧХ спроектированного фильтра будет сильно искажена (см. пунктир на рис. 10) и, таким образом, не будет соответствовать требованиям ТЗ.

Рис. 10

21

Одновременно удовлетворить всем перечисленным критериям, как правило, невозможно, поскольку они влияют на конечный результат взаимоисключающим образом. В этой связи в пояснительную записку к курсовому проекту рекомендуется включить 3–4 протокола, иллюстрирующих полученные возможные варианты фильтра, последовательно приближающиеся к оптимальному, сопроводив каждый из них аргументированным комментарием, который свидетельствовал бы об обоснованности выбранного оптимального решения. Запись протоколов в файл производится при обращении к пункту меню «Файл/Сохранить протокол».

Дополнительное задание: расчет потерь в фильтре

Для расчета потерь в спроектированном фильтре нужно ввести требуе-

мые параметры tg δ, σ и t, причем толщина полоска t выбирается в соответствии с условиями (5) и (6).

Программа автоматически проверяет выполнение условия (5) (по умолчанию на фиксированной частоте fп), информирует об этом пользователя и рассчитывает на указанной частоте суммарные потери L (дБ) в фильтре по приближенной формуле (без учета резонансных свойств отрезков МПЛ):

n

L = ∑ αklk , αk = αмk + αдk . k =1

Здесь αмk и αдk – соответственно, коэффициенты затухания на единицу дли-

ны в полоске и в подложке k-го элемента фильтра, вычисляемые по формулам (7)–(10). Если по заданию требуется рассчитать потери в фильтре в диапазоне частот (см. рис. 10), то в этом случае программа автоматически рассчитывает АЧХ спроектированного фильтра с учетом потерь по формуле

AL = A + L,

где A – ослабление, дБ, определяемое заданной АЧХ.

22

КОНСТРУИРОВАНИЕ МИКРОСБОРКИ

Микросборка (рис. 11) представляет собой законченный микроволновый узел (модуль), состоящий из подложки с нанесенной на нее микросхемой спроектированного фильтра (платы), помещенной в корпус с коаксиальнополосковыми переходами (КПП), предназначенными для включения платы во внешнюю цепь (микроволновый тракт).

Рис. 11

Плата изготавливается на основе подложек, как правило, прямоугольной формы с шириной a и длиной b. Примеры стандартных соотношений между размерами а и b подложек приведены в табл. 3.

23

Ширина a подложки с целью минимизации краевых эффектов должна быть не меньше ширины самого широкого отрезка МПЛ и выбирается из условия

a ³ 3Wн.

Длина b подложки должна быть больше общей длины l фильтра, причем разница между ними определяет длину l0 подводящих полосков:

l0 = (b - l) / 2.

Из технологических соображений желательно, чтобы длина l0 имела по-

рядок lk.

В качестве корпусов микросборок обычно используются металлические корпуса коробчатого типа, что обусловлено конфигурацией стандартных подложек. Корпус предназначен для жесткого закрепления платы на его основании и соединения ее подводящих полосков c КПП. Он обеспечивает также защиту платы от внешних климатических, механических и электромагнитных воздействий, подавление излучения во внешнюю среду и теплоотвод. Высота H корпуса выбирается так, чтобы обеспечить минимальное влияние его крышки на параметры МПЛ (обычно, (H – h )/h > 5). Внутренние поперечные размеры корпуса с небольшим технологическим допуском соответствуют размерам a и b платы, а толщина его стенок должна обеспечивать надежное закрепление в них стандартных КПП (обычно, порядка 10 мм). Плата крепится к основанию корпуса токопроводящим клеем. Коаксиально-полосковый переход (см. рис. 11) представляет собой соединительный элемент, с одной стороны которого находится коаксиальное гнездо, соединяемое со стандартным разъемом внешнего коаксиального кабеля, а с другой – внутренняя переходная секция для соединения с подводящими полосками спроектированной микросхемы (отсюда и его название). Внешний металлический экран КПП запрессовывается или впаивается в корпус микросборки (к основанию подложки), а центральный проводник его переходной секции соединяется с подводящим полоском пайкой, сваркой или механическим прижимом. КПП как соединительный элемент выполняет еще одну важную функцию – обеспечивает согласование внешнего кабеля с подводящими полосками платы с тем, чтобы

24

отражение электромагнитной волны (носителя сигнала) от входного и от выходного плеч, т. е. в месте подключении КПП к плате (на рис. 11 обозначено «Припой») было бы минимальным в возможно более широком частотном диапазоне.

На рис. 11 показан пример конструкции микросборки со стандартным КПП с волновым сопротивлением ZКПП на основной волне T [2], предназна-

ченным для соединения внешнего коаксиального кабеля со стандартным волновым сопротивлением Zкаб = 50 Ом (на рисунке не показан) с МПЛ, у которой подводящий полосок с рассчитанной в проекте шириной W0 имеет такое же (за-

данное) волновое сопротивление Z0 = 50 Ом. Равенство волновых сопротивле-

ний всех трех соединяемых между собой элементов микроволнового тракта:

Zкаб = ZКПП = Z0

называется условием согласования, которое и обеспечивает минимальное отражение электромагнитной волны в местах их соединения. Все изложенное справедливо и для другого заданного в ТЗ к проекту стандартного волнового сопротивления подводящих полосков Z0 = 75 Ом. Подробно конструкции корпусов и стандартных соединительных коаксиально-полосковых переходов, а также требования к ним, изложены в [2], [3].

Расчет КПП

В курсовом проекте из условия согласования

ZКПП = Z0

необходимо рассчитать геометрические размеры внутренней переходной секции КПП в месте его подключения к плате – диаметр D внешней оболочки (экрана) и диаметр d центрального проводника (см. рис. 11).

Волновое сопротивление ZКПП рассчитывается по формуле

где μr и εr – относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости сре-

ды в месте подключения КПП к плате (в данном случае, воздух). Ограничиваясь простейшей приближенной методикой расчета, можно принять один из искомых размеров d равным известному (рассчитанному в проекте) размеру W0:

d = W0,

25

а затем из приведенной ранее формулы для расчета ZКПП определить и вто-

рой искомый размер D. Чертеж внутренней секции КПП в соответствующем масштабе должен быть выполнен с учетом найденных размеров D и d.

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ И ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Пояснительная записка должна содержать:

Введение (формулировка задачи оптимального проектирования и ТЗ на проект).

1.Основные параметры и характеристики МПЛ.

2.Назначение и характеристики ФНЧ на МПЛ.

3.Основные этапы оптимального проектирования ФНЧ на МПЛ.

4.Протоколы проектирования некоторых варьируемых вариантов ФНЧ с аргументированным обоснованием выбора окончательного оптимального варианта.

5.Описание конструкции микросборки: выбор платы, корпуса и расчет

КПП.

Заключение (оценка степени достижения цели проекта в соответствии с ТЗ). Список использованной литературы.

Приложение.

Конструкторско-технологическая документация (графический матери-

ал в соответствии с требованиями ЕСКД) содержит:

1.Чертеж платы с микросхемой оптимального варианта спроектированного фильтра.

2.Чертеж микросборки.

3.Спецификацию микросборки.

26

Список литературы

1.Проектирование СВЧ-устройств с помощью ЭВМ: учеб. пособие / под ред. А. Д. Григорьева / ЛЭТИ. Л., 1987.

2.Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / под ред. В. И. Вольмана. М.: Радио и связь, 1982.

3.Джуринский К. Б. Миниатюрные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. М.: Техносфера, 2006.

27

28