Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические указания к расчётно-графической работе «Проектирование микрополосковых устройств». Учебно-методическое пособие
.pdf
11
(1.16)
В вышеприведённых формулах никак не учитывалась конечная толщина
проводников МПЛ. Если учитывать толщину проводников, то вместо
реальной ширины токопроводящей линии (w), необходимо подставлять
эффективную ширину:
. На этом конструктивный
расчёт НЧ фильтра закончен.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое НЧ фильтр и его основные параметры?
2. Что такое НЧ фильтр-прототип и зачем он нужен?
3. Как нормируются элементы прототипа и что они означают?
4. Как определяются абсолютные значения элементов фильтра?
5. Что такое СВЧ фильтр, в чём его особенности?
6. Какие виды аппроксимации АЧХ фильтров используются на практике?
7. От чего зависит крутизна АЧХ фильтров?
8. Какие факторы определяют ширину полосы пропускания фильтров при
заданном уровне пульсаций?
9. Какими параметрами характеризуется НЧФ?
10. Какими параметрами характеризуется ВЧФ?
11. Какими параметрами характеризуется ППФ?
12. Какими параметрами характеризуется ПЗФ?
12
ЗАДАНИЕ №2 "ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ
ФИЛЬТРОВ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ"
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение методики расчета СВЧ фильтров высоких
частот и изучение их основных электрических характеристик.
2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для заданных: частот полосы пропускания – fn, fс, уровня пульсаций в
полосе пропускания – Ln, частоты заграждения – fs, уровня заграждения – Ls,
выполнить конструктивный и электрический расчет фильтра высоких
частот на микрополосковых линиях, Рис.2.1. Номер варианта расчёта
определяется порядковым номером студента в журнале группы, а сами
исходные данные находятся в файле «Исходные данные» в формате
«Microsoft Word ».
Рисунок 2.1 – Частотная характеристика ФВЧ
3. ФИЛЬТРЫ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ
ЛИНИЯХ
Структура фильтра высоких частот на МПЛ может быть реализована с
помощью параллельных короткозамкнутых (КЗ) шлейфов с высоким
волновым сопротивлением (и длиной не более /8) и последовательно
включенными зазорами в МПЛ, а также с использованием КЗ шлейфов и
инверторов, рис. 2.2.
Рисунок 2.2 – Реализация ФВЧ на МПЛ
Для расчёта ФВЧ так же используется фильтр-прототип низких частот.
13
Переход от элементов прототипа-ФНЧ к фильтру верхних частот
осуществляется заменой параллельных ёмкостей параллельными
индуктивностями, а последовательные индуктивности ФНЧ заменяются
последовательными ёмкостями, Рис. 2.3.
Рисунок 2.3 – Эквивалентная схема прототипа-ФВЧ
Связь между нормированными частотами(Ω) и реальными(ω)
осуществляется следующим образом:
с . (2.1)
Нормированная индуктивность
преобразуется в нормированную
ёмкость
(
):
,
соответственно ёмкость
преобразуется в нормированную
индуктивность
(
):
).
Величины активных сопротивлений не изменяются при таких
преобразованиях. Для перехода к абсолютным значениям индуктивностей и
ёмкостей ФВЧ, необходимо индуктивности и активные сопротивления
умножить на Zo (ZH), а все ёмкости поделить на Zo (ZH). Количество звеньев
фильтра и значения параметров прототипа нижних частот (
)
определяются по формулам приведённым в предыдущем разделе (ф.1.4-1.5).
Теперь найти геометрическими размеры короткозамкнутых отрезков
микрополоски () с большим волновым сопротивлением (
), и величину
зазоров (S) (см. Рис. 2.2,а). Желательно, чтобы длина КЗ шлейфов была не
более /8.
=
, (2.2)
). (2.3)
Величина сопротивления
как указывалось ранее выбирается больше Zo и
исходя из физхической реализуемости.
В место зазора (S), ёмкость можно выполнить на основе трехслойной
14
структуры Рис.2.4.
Рисунок 2.4 – Реализация последовательной ёмкости
(пф), (2.4)
Все размеры берутся в милиметрах. Ширина полоска (w) определяется потем
же формулам, что и в предыдущим разделе.
Последовательную ёмкость реализовать в планарном исполнении
довольно сложно, особенно большую. Чтобы упростить реализацию
последовательной ёмкости приходится использовать инверторы
сопротивлений. Инверторы преобразуют последовательные элементы в
эквивалентные им параллельные, рис.2.2,б. В качестве инверторов
используются (например) четвертьволновые отрезки линии передачи с
волновым сопротивлением (Zk). Часто сопротивление инвертора выбирается
равным волновому сопротивлению питающей линии (нагрузке) или
несколько меньше. Волновое сопротивление КЗ шлейфов выбирается так же
как и в предыдущих случаях. Значение индуктивности и ёмкости элементов
фильтра расчитываются следующим образом:
),
. (2.5)
Длины КЗ шлейфов и отрезков связи (см. 3.4,б) определяются так:
=
,
=
, (2.6)
Длина волны (
) определяется для каждого отрезка МПЛ. Ширина всех
участков МПЛ фильтра определяется по формулам (1.16).
Часто фильтры выполняют с двойными шлейфами. Для уменьшения
влияния неоднородноти (краевые эффекты) внутренние шлейфы делаются
двойными, рис. 2.5.
Рисунок 2.5 – Пример топологии ФВЧ
15
При этом волновое сопротвление половинок шлейфа должно быть в два
раза
больше.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое ВЧ фильтр и его основные параметры?
2. Конструктивное выполнение фильтра ВЧ на МПЛ.
3. Как реализуется последовательная ёмкость на МПЛ?
4. Как связаны элементы фильтра ВЧ с элементами НЧ прототипа?
5. Назовите достоинства и недостатки микрополосковых фильтров.
6. Как определяется волновое сопротивление микрополосковой линии?
7. Как влияет число звеньев фильтра на его характеристики?
8. Какие факторы определяют потери в полосе пропускания фильтра?
9. Как определяется эффективное значение диэлектроической
проницаемости микрополосковой линии?
10. От чего зависит длина звеньев фильтра?
16
ЗАДАНИЕ №3 "ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ
ПОЛОСНО-ЗГРАЖДАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ "
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение методики расчета СВЧ
полосно-заграждающих фильтров в микрополосковом исполнении.
2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для заданных: частот полосы пропускания – fn, fк, уровня пульсаций в
полосе пропускания – Ln, частоты заграждения – fs1, fs2, уровня заграждения
– Ls, выполнить конструктивный и электрический расчет заграждающего
фильтра на микрополосковых линиях, рис.3.1. Номер варианта расчёта
определяется порядковым номером студента в журнале группы, а сами
исходные данные находятся в файле «Исходные данные» в формате
«Microsoft Word ».
Рисунок 3.1 – Частотная характеристика ПЗФ
3. ЗАГРАЖДАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ
ЛИНИЯХ
Топология заграждающих фильтров на МПЛ может быть реализована с
помощью параллельных разомкнутых (ХХ) шлейфов с высоким волновым
сопротивлением, длинной ~
ш
/4, и четверть волновыми соединительными
линиями, а также с использованием связанных резонаторов и на
квазисосредоточенных резонаторах с четверть волновыми связями, Рис. 3.2.
17
Рисунок 3.2 – Варианты выполнения ПЗФ
Для расчёта ПЗФ (или режекторные) так же используется фильтр-прототип
низких частот. Переход от элементов прототипа-ФНЧ к заграждающему
фильтру осуществляется заменой параллельных ёмкостей
последовательными колебательными контурами, а любая индуктивность
ФНЧ заменяются параллельными колебательными контурами, рис. 3.3.
Связь между нормированными частотами(Ω) и реальными(ω)
осуществляется следующим образом:
). (3.1)
Здесь , , при .
Нормированная индуктивность (последовательные)
преобразуется в
паралелльный резонансный контур
, (
):
,
, (3.2)
здесь i = 2,4….
соответственно нормированная паралелльная ёмкость
преобразуется в
последовательный резонансный контур:
),
. (3.3)
Здесь i = 1,3…., Рис. 3.3.
18
Рисунок 3.3 – Эквивалентная схема прототипа-ПЗФ
Для перехода к абсолютным значениям индуктивностей и ёмкостей ПЗФ,
необходимо индуктивности и активные сопротивления умножить на Zo (ZH),
а все ёмкости поделить на Zo (ZH). Значения параметров прототипа нижних
часто (
) определяются по формулам приведённым в предыдущем разделе
(см. ф.1.4-1.5).
Расчёт ПЗФ предсталенного на рис.3.2,а. Для определения количества
звеньев фильтра вначале определяется вспомогательный параметр и
нормированная частота запирания:
,
. (3.4)
Для максимально плоской АЧХ:
N (lgз / (lg (Ω
z
), (3.5)
для Чебышевской АЧХ:
N (arch з ) / arch (Ω
z
). (3.6)
Полученное число звеньев (N) фильтра будет соответствовать числу
разомкнутых шлейфов.
Сопротивление разомкнутых параллельных шлейфов (Zш) и
соединительных линий (Zi) между ними (см. Рис.3.2,а), в зависимости от
числа шлейфов, определяется так.
Для N = 1:
. (3.7)
Для N = 2:
,
, . (3.8)
Для N = 3:
определяются по формулам (3.8) остальные так
19
. (3.9)
Для N = 4: сопротивления шлейфов и линий связи
,
,
,
,
,
. (3.10)
Для N = 5:
определяются по формулам (3.10)
остальные сопротивления шлейфов и линий связи определяются так
,
,
,
. (3.11).
В соответствии с найденными сопротивлениями рассчитывается ширина
всех отрезков шлйфов и соединительных линий по формулам
рассмотренных в предыдущих разделах. Длины шлейфов и линий связи
равны четветри длины волны, которая определяется для каждого отрезка
20
МПЛ фильтра. Для борьбы с краевыми эффектами внутренние шлейфы
выполняются двойными, рис.3.4.
Рис.3.4 – Конструкция ПЗФ с двойными шлейфами
Для коррекции длины разомкнутых шлейфов можно использовать
уравнение (ф. 1.15). Ширина всех участков МПЛ фильтра определяется, как
и в предыдущих разделах, по формулам (1.16).
Расчёт ПЗФ на квазисосредоточенных резонаторах рис.3.2,в. Здесь
роль последовательных колебательных котуров играют отрезки МПЛ
высокого и низкого волнового сопротивления (см. первый раздел).
Паралельными колебательными контурами являются четверть волновые
отрезки связи, для которых как правило, волновое сопротивление выбирается
одинаковым. Необходимое число резонаторов определяется по формулам
(3.4-36).
Значения индуктивности и ёмкости контуров определяются так:
для чётных i –
,
для нечётных i –
. (3.12)
Длина индуктивных и ёмкостных отрезков определяется следующим
образом:
, (3.13)
где Zv, ZH – волновые сопротивления высоомных и низкоомных участков
резонансных контуров, а длина отрезков связи равна четверть длины волны
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]