2.4. Моделирование встречно-стержневого фильтра на симметричной полосковой линии

Пусть необходимо выполнить в диапазоне частот 0.6 ÷ 2.4 ГГц анализ электрических характеристик () встречно-стержневого фильтра на симметричных полосковых линиях, конструкция которого показана на рис. 2.38, а недостающие размеры сведены в таблицу 3.1 [8, 9]. Сопротивления источника сигнала и нагрузки – по 50 Ом.

Фильтры рассматриваемой конструкции [8] можно отнести к “классическим” и могут быть использованы в устройствах с высоким уровнем мощности и низкими требованиями к массогабаритным параметрам.

Рис. 2.38. Конструкция встречно-стержневого фильтра

Таблица 3.1

Ширины полосков	Зазоры между полосками
W1 = W8 = 3.2 мм	S12 = S78 = 2.34 мм
W2 = W7 = 3.07 мм	S23 = S67 = 3.45 мм
W3 = W6 = 3.2 мм	S34 = S56 = 3.63 мм
W4 = W5 = 3,23 мм	S45 = 3.71 мм

Моделирования включает в себя следующие этапы.

1. В строке меню ЛКМ активируем пункт меню File и ниспадающей панели ЛКМ выбираем пункт New. В открывающемся окне, показанном на рис. 2.39,а, выбираем ЛКМ пункт Waveguide Filter (волноводный фильтр), как показано на рис. 2.39,б, и в завершении щёлкаем ЛКМ по кнопке OK.

а) б)

Рис. 2.39. Окна создания нового проекта (Create a New Project)

2. Щелчком ЛКМ по крайней слева иконке (Set units – установка единиц измерения) в пятой сверху строке открываем окно (Specify Units), показанное на рис. 2.40, и выбираем удобные для нашего случая размерности. Те же действия можно произвести, выбрав ЛКМ в строке меню пункт Solve Units…, а также щелчком ЛКМ по пункту Set units в окне QuickStart Guide….

Рис. 2.40. Выбор размерности для единиц измерения

3. Задаём внутренний объём фильтра. Для этого выполняем щелчок ЛКМ по иконке (Create brick – создать брикет) и нажимаем на клавишу Esc – в соответствии с появляющимся сообщением в рабочей области САПР (то же самое можно сделать, выбрав в меню Objects Basic Shapes Brick…). На экране появится окно, показанное на рис. 2.41,а, в котором вводим информацию, как показано на рис. 2.41,б. Завершается данный этап щелчком ЛКМ по кнопке OK.

а) б)

Рис. 2.41. Окна определения свойств внутреннего объёма фильтра

4. Определяем конструкцию фильтра, путём последовательного ввода координат стержней. Для ввода координат самого левого стержня (элемента связи с нагрузкой) выполняем щелчок ЛКМ по иконке (Create brick – создать брикет) и нажимаем на клавишу Esc – в соответствии с появляющимся сообщением в рабочей области САПР (то же самое можно сделать, выбрав в меню Objects Basic Shapes Brick…). На экране появится окно, показанное на рис. 2.42,а, в котором вводим информацию о самом левом стержне, как показано на рис. 2.42,б. Для оперативного визуального контроля правильности ввода элементов конструкции, рекомендуется выполнить щелчок ЛКМ по кнопке Preview (предварительный просмотр).

а) б)

Рис. 2.42. Окна задания параметров левого стержня (Brick)

Завершается данный этап щелчком ЛКМ по кнопке OK. Рабочей области после этого появится изображение стержня с координатными ортами. Вид рабочей области можно менять 12 инструментами (Activate rotation mode, Activate plane rotation mode, Activate panning mode, Activate dynamic zoom mode, Activate zoom mode, Reset View, Reset view to structure (Space), View Options (Alt+V), Axes (Ctrl+A), Draw working plane (Alt+W), Wireframe mode, Cutting plane).

Аналогично задаём геометрию остальных стержней фильтра. После ввода последнего стержня на рабочем столе появится изображение, показанное на рис. 2.43,б. При этом в навигационном дереве появится список всех компонент фильтра – как показано на рис. 2.43,а. Для того чтобы увидеть внутреннюю структуру фильтра, можно щелчком ПКМ по элементу solid1 (см. рис. 2.43,а) открыть ниспадающее меню и там ЛКМ выбрать пункт Hide.

а) б)

Рис. 2.43. Вид рабочего стола (фрагменты) после ввода последнего элемента

5. Задаём диапазон частот для анализа. Для этого выполним щелчок ЛКМ по иконке (Frequency range – частотный диапазон) и в открывшееся окно, показанное на рис. 2.44, введём соответствующие значения и щёлкнем ЛКМ по кнопке OK. Те же действия можно выполнить через меню сделать, выбрав меню Solve Frequency…, а также активизировав ЛКМ пункт Set frequency в окне QuickStart Guide….

Рис. 2.44. Ввод граничных частот для анализа

6. Задаём граничные условия. Для этого щелчком ЛКМ активизируем иконку (Specify boundary conditions – определить граничные условия). Откроется окно, показанное на рис. 2.45, где следует выполнить щелчок ЛКМ по кнопке OK. Эту же процедуру можно выполнить, выбрав в меню Solve пункт Boundary conditions….

Рис. 2.45. Окно определения граничных условий

7. Подключаем порты. В данном случае это так называемые дискретные порты (Discrete ports). Для этого щёлкнем ЛКМ по иконке (Discrete ports), положение которой видно из рис. 2.43,а. В результате откроется окно, представленное на рис. 2.46,а. Параметры левого порта задаем, как показано на рис. 2.46,б. Аналогично определим параметры правого порта. Если после указанных выше действий, скрыть (см. пункт 4) оболочку фильтра (элемент solid1), то в рабочей области САПР появится изображение, показанное на рис. 2.47.

а) б)

Рис. 2.46. Окно ввода параметров порта

Рис. 2.47. Внутренняя структура фильтра

8. На последнем этапе выполняется собственно запуск САПР на анализ введённой конструкции. Для этого следует щелчком ЛКМ по иконке (Frequency domain solver – вычислитель частотного домена) открыть окно Frequency Domain Solver Parameters (параметры вычислителя частотного домена), которое показано на рис. 2.48,а, и, после внесения требуемых изменений, запустить процедуру вычислений щелчком ЛКМ по кнопке Start.

При успешном завершении процесса вычислений в левой нижней части экрана появится информация о готовых к просмотру результатах, как показано на рис. 2.48,б. После этого становится возможным визуализировать искомые результаты (в данном случае – см. рис. 2.49).

Для изменения вида представляемых результатов можно, с одной стороны, щелчком ПКМ по полю графиков открыть ниспадающее меню, показанное на рис. 2.50, и там выбрать подходящие опции. С другой стороны, для увеличения части интересующего фрагмента изображения, можно, удерживая нажатой ЛКМ, выделить его стандартным образом, − так как это принято делать в графических редакторах Windows.

а) б)

Рис. 2.48. Окно вычислителя частотного домена – а и фрагмент окна САПР

после успешного завершения процесса вычислений – б

Рис. 2.49. Вид выводимой САПР “CST Microwave Studio” информации

Рис. 2.50. Ниспадающее контекстное меню поля графиков