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
21
на этих отрезков микрополосковой линии.
Ширина всех отрезков фильтра определяется, как и в других рассмотренных
разделах по формулам (1.16).
Расчёт ПЗФ на связанных линиях, рис.3.2,б. В этом фильтре резонаторы
расположены параллельно основной линии. Сами резонаторы имеют
электромагнитную связь слинией и закорочены на одном конце. Весь расчёт
строится на определении гоеметрических размеров связанных линий. Число
резонаторов можно определить так же как в предыдущем разделе.
Электрическая длина (соответственно и геометрическая) секций равна 90
о
градусов. Таким образом, необходимо определить зазор между связанными
линиями (S) и их ширину (W). Для того чтобы их найти, необходимо
рассчитать волновое сопротивление четного и нечётного типа колебаний
связанных линий. Которые, в свою очередь, определяются требуемыми
коэффициентами связи (Кс) [6-8].
Коэффициенты связи для каждого резонатора определяются через
параметры фильтра-прототипа НЧ.
, (3.14)
где i = 1,2,……N. Соответственно, волновые сопротивления четного и
нечётного типа колебаний определяются по формулам:
,
. (3.15)
Здесь Zo – волновое сопротивление основной линии. Размеры связанных
линий можно определить по методикам, изложенным в [3-4], по графикам и
таблицам источников [6-7]. Для первого приближения размеры можно
рассчитать по формулам:
,
или можно воспользоваться графиками, представленными на рис.3.5.
22
23
Рисунки 3.5 – Графики волнового сопротивления четного и нечётного
типа колебаний связанных линий в зависимости то параметра S/h
Для определения ширины проводников W/h и зазора s/h между ними в
связанных линиях, с помощью Рис.3.5 необходимо. Нанести на
вертикальную ось полученные значения Zoe и Zoo. Провести прямые,
параллельные горизонтальной оси, до пересечения с кривыми,
соответствующими одному и тому же значению s/h (точки 1 на рис. 3.6), и
опускаем перпендикуляр, проходящий через эти точки, до пересечения с
горизонтальной осью (точка 2). Значения ширины полосок и зазора между
ними нормированы по отношению к высоте подложки (h).
24
Рисунок 3.6 – Определение w/h и s/h
Можно, так же воспользоваться программой составленной в среде
Mathcad и приведенной в приложении.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое заграждающий фильтр и его основные параметры?
2. Варианты конструктивного выполнения заграждающего фильтра на
МПЛ.
3.Как рассчитывается необходимое число резонаторов в
полосно-заграждающем фильтре?
4. Как связаны элементы заграждающего фильтра с элементами НЧ
прототипа?
5. Назовите достоинства и недостатки заграждающих микрополосковых
фильтров.
6. Как определяется волновое сопротивление микрополосковой линии?
7. Как влияет число звеньев фильтра на характеристики заграждающего
фильтра?
8. Какие факторы определяют потери в полосе непропускания
заграждающего фильтра?
9. Как определяется эффективное значение диэлектроической
проницаемости микрополосковой линии?
10. От чего зависит длина звеньев фильтра?
25
ЗАДАНИЕ №4 "ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СВЧ
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ "
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение методики расчета СВЧ
полосно-пропускающих 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
полосно-пропускающего фильтра на микрополосковых линиях, рис.4.1.
Номер варианта расчёта определяется порядковым номером студента в
журнале группы, а сами исходные данные находятся в файле «Исходные
данные» в формате «Microsoft Word ».
Рисунок 4.1 – Частотная характеристика ППФ
3. ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЯХ
Для расчёта ППФ (или полосовых) так же используется фильтр-прототип
низких частот. Переход от элементов прототипа-ФНЧ к полосовому фильтру
осуществляется заменой параллельных ёмкостей параллельными
колебательными контурами, а любая индуктивность ФНЧ заменяются
последовательными колебательными контурами, рис. 4.2.
Рисунок 4.2 – Эквивалентная схема прототипа-ППФ
Связь между нормированными частотами(Ω) и реальными(ω)
26
осуществляется следующим образом:
. (4.1)
Здесь , , при .
Нормированная индуктивность (последовательные)
преобразуется в
последовательный резонансный контур
, (
):
,
, (4.2)
здесь i = 2,4….
соответственно нормированная паралелльная ёмкость
преобразуется в
параллельный резонансный контур:
),
. (4.3)
Здесь i = 1,3…., Рис. 4.2.
Для перехода к абсолютным значениям индуктивностей и ёмкостей ППФ,
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 первом разделе (см.
ф.1.4-1.5), там же есть формулы определения числа звеньев для двух законов
апроксимации АЧХ фильтра.
Топология ППФ фильтров на МПЛ может быть реализована весьма
разнообразно. В пособии рассматривается только несколько вариантов: на
отрезках МПЛ с зазорами рис.4.3.а, на параллельных связанных
полуволновых резонаторах Рис.4.3.г, на параллельных двойных шлейфах
рис.4.3.б, на КЗ шлейфах и четверть волновыми связями, рис.4.3.в.
Расчёт ППФ на полуволновых отрезках МПЛ с зазорами , рис.4.3а.
Волновое сопротивление МПЛ равно Zo, а ширина проводника W
определяется параметрами подложки и сопротивленим Zo. Все резонаторы
фильтра имеют примерно одинаковую длину, поэтому расстояния между
центрами зазоров Si отстаётся равным:
. (4.4)
Соотношения между нормированными проводимостями зазоров (Bi) и
нормированными параметрами элементов фильтра прототипа НЧ и полосой
пропускания проектируемого фильтра [1-4]:
, (4.5)
где
,
-
относительная полоса пропускания фильтра.
Для определения размеров зазора, вначале определяем ширину
проводника МПЛ, с учётом толщины проводящего слоя, проводимость
зазора bi [Сим] и несколько вспомогательных параметров:
27
(ln(2*
)), ,
,
,
. (4.6).
Здесь t – толщина проводящего слоя МПЛ.
28
Рисунок 4.3 – Варианты топологий ППФ
Длина резонаторов определяется как половина длины волны в МПЛ. Для
учёта краевых эффектов в линии осуществляют коррекцию резонаторов:
. (4.7)
Расчёт ППФ на параллельных шлейфах с четверть волновыми связями ,
рис.4.3,б. Зедсь параллельные резонансые контуры реализованы с помощью
короткозамкнутых и разомнкнутых шлейфов, с высоким и низким волновым
сопротивлением соответственно. Четверть волновые отрезки МПЛ, между
шлейфами, играют роль инверторов с волновым сопротивлением Zki.
Сопротивление последовательного резонансного контура, инверторы
трансформируют в сопротивление параллельного резонансного контура. И
тем самым удаётся избавиться от последовательно включённых LC
элементов.
Вначале определяются индуктивные и емкостные элементы схемы, через
параметры фильра-прототипа НЧ по формулам (4.3), для параллельных
контуров. Для последовательных резонаторов по формулам (4.2). После
этого можно найти длины короткозамкнутых и разомкнутых шлейфов.
Предварительно задавшись волновым сопротивлением этих шлейфов.
Желательно, чтобы эти сопротивления отличались не менее чем в пять раз.
. (4.8)
Здесь: fo - центральная частота ППФ, Zn, Zv – волновые сопротивления
разомкнутого и замкнутого шлейфов, соответсвенно, (Z, f)
:
, (4.9)
. (4.10)
29
Расчёт ППФ на короткозамкнутых шлейфах с четверть волновыми
связями, рис.4.3,в. Зедсь роль параллельных резонансых контуров
выполняют короткозамкнутые четверть волновые отрезки МПЛ (шлейфы).
Полсле определения значений элементов фильра-прототипа (gi), где
i=0,1…N+1, выполняется рассчёт соеденительных линий и шлейфов.
Проводимость соединительных линий и шлейфов вычисляются по
следующим формулам [2-3,6-7]:
,
,
, где i = 2,3….N-2. (4.10)
Дополнительный конструктивный параметр 0<d<=1, подбирается для
получения необходимого уровня проводимости элементов фильтра (чаще
d=1). Волновые сопротивления параллельных шлейфов можно определить
по формулам:
, где i = 1,2….N-1,
,
,
, (4.11)
здесь i = 2….N-1, teta =
, а волновые сопротивления
соединительных линий по формулам:
, (4.12)
где i = 1,2….N-1.
Длины шлейфов и соединительных линий определяются как четверть
длины волны в соответствующих участках МПЛ (
Расчёт ППФ на связанных полуволновых линиях, рис.4.3,г. Чтобы
обеспечить достаточную широкополосность, необходимо применение
связанных несимметричных микрополосковых (или симметричных) линий
(см. Рис.4.3,г). Фильтры такого типа выполняются на полуволновых
резонаторах, разомкнутых с обеих сторон, и сдвинутых, относительно друг
друга, на половину их длины. Поэтому каждое звено фильтра будет
30
представлять собой связанные МПЛ с электрической 90 градусов, а их
количество будет равно N+1.
Порядок расчёта может быть таким. После определения числа звеньев
фильтра и значений элементов фильра-прототипа (gi), где i=0,1…N+1,
выполняется рассчёт нормированных параметров инверторов
сопротивлений Kin.
. (4.12)
Далее определяются волновые сопротивления чётного (Zoe) и нечётного
(Zoo) типов колебаний связанных линий :
=Zo*(1+
),
=Zo*(1-
). (4.13)
Здесь i=0,1…N.
На основании значений этих сопротивлений определяются ширина полосок
W и зазор S отрезков связанных МПЛ (см. Рис. 4.3,г) [7-8]. Подробно
методика их рассчёта рассматривалась в разделе «Задани3 №3». Длина
звеньев фильтра опредляется так:
,
. (4.14)
Где λо – длина волны в свободном пространстве.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое ПП фильтр и его основные параметры?
2. Варианты конструктивного выполнения ПП фильтра на МПЛ.
3. Как рассчитывается необходимое число резонаторов в
полосно-пропускающем фильтре?
4. Как связаны элементы ПП фильтра с элементами НЧ прототипа?
5. Назовите достоинства и недостатки полоснопропускающих
микрополосковых фильтров.
6. Как определяется волновое сопротивление микрополосковой линии?
7. Как влияет число звеньев фильтра на характеристики ППФ?
8. Какие факторы определяют потери в полосе пропускания полосового
фильтра?
9. Как определяется эффективное значение диэлектроической
проницаемости микрополосковой линии?
10. От чего зависит длина звеньев фильтра?
11. От чего зависит размер зазора между звеньями фильтра?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]