2.8.3 Реализация ппф

По способу реализации ППФ можно разделить на следующие типы: на одиночной МПЛ с зазорами, на параллельных связанных полуволновых резонаторах, на встречных стержнях, с параллельными и последовательными четвертьволновыми шлейфами длиной /4, где  - длина волны в линии, соответствующая средней частоте полосы пропускания ППФ; с двойными шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями на диэлектрических резонаторах.

Выполним ППФ на микрополосковых линиях (МПЛ) с двойными шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями.

МПЛ представляют собой тонкий слой металла, нанесенного на листы диэлектрика. Наиболее распространены экранированные несимметричные МПЛ. МПЛ используются во всем диапазоне СВЧ. По сравнению с прямыми волноводами МПЛ обладают рядом недостатков – имеют более высокие погонные потери и сравнительно низкую передаваемую мощность. Кроме того, открытые МПЛ излучают энергию в пространство, из-за чего могут возникать нежелательные электромагнитные связи.

Но МПЛ обладают и важными достоинствами. Они имеют малые габариты и массу, дешевы в изготовлении, технологичны и удобны для массового производства методами интегральной технологии, что позволяет реализовать на пластине из металлизированного с одной стороны диэлектрика целые узлы и функциональные модули в микрополосковом исполнении.

Реализация последовательных колебательных контуров в МПЛ очень затруднена. Вместе с тем можно последовательное включение перевести в параллельное так, как это показано на рисунке 2.6 с помощью преобразований

Рисунок 2.6 Замена последовательного колебательного контура параллельным

Тождество на рисунке 2.6 выполняется только на резонансной частоте, поэтому получившуюся схему следует подвергать анализу для определения ее частотных свойств.

После замены получим схему ППФ изображенную на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 – Эквивалентная схема ППФ

Эта схема имеет следующие значения параметров

Длина соединительной линии будет известна после определения параметров МПЛ.

Для расчета волнового сопротивления МПЛ воспользуемся выражением, полученным в квазистатическом приближении

(2.1)

Точность определения по этой формуле составляет 1% при w/h0.4 и 3% при w/h<0.4.

Для расчета длины волны на низких частотах на практике широко используется формула, также полученная в квазистатическом приближении

где  - длина волны в свободном пространстве,

_э – эффективная диэлектрическая проницаемость линии.

Эффективная диэлектрическая проницаемость может быть вычислена по формуле

, (2.3)

Подложку выполним на диэлектрике с относительной диэлектрической проницаемостью =7, а толщину подложки примем h=5мм. Ширина металлической полоски w, а соответственно и отношение w/h ,будут меняться при расчетах.

Сначала рассчитаем параметры соединительных линий. Для согласования фильтра с трактом передачи его соединительные линии должны иметь волновое сопротивление равное волновому сопротивлению коаксиала Z₀=75Ом. Разрешая выражение (2.1) находим, что w/h=0.5, тогда ширина полоски w=0.55=2.5(мм). По формуле (2.3) находим эффективную диэлектрическую проницаемость

Расчет ведем на средней частоте диапазона, поэтому ₀=0.594м, тогда по (2.2) длина волны в линии

Так как соединительная линия четвертьволновая, то ее длину определим по формуле

Параллельная индуктивность реализуется в виде короткозамкнутого параллельного шлейфа. Реактивное сопротивление такого отрезка линии определяется по формуле

(2.4)

Сопротивление этого шлейфа на средней частоте диапазона должно равняться сопротивлению параллельно включенной индуктивности, поэтому можно определить длину отрезка

(2.5)

Примем w/h=1(w=5мм), тогда по (2.1)-(2.3) получаем

Теперь по формуле (2.5) можно определить длину шлейфов, заменяющих каждую индуктивность

Параллельная емкость реализуется в виде параллельного шлейфа разомкнутого на конце. Реактивное сопротивление такого отрезка линии определяется по формуле

Сопротивление этого шлейфа на средней частоте диапазона должно равняться сопротивлению параллельно включенной емкости, поэтому можно определить длину шлейфа

(2.6)

Примем w/h=0.2(w=1мм), тогда по (2.1)-(2.3) получаем

Теперь по формуле (2.5) можно определить длину шлейфов, заменяющих каждую емкость

Занесем параметры шлейфов в таблицу 2.5.

	L1	L2	L3	C1	C2	C3	Соединительная линия
Ширина шлейфа, мм	5	5	5	1	1	1	2.5
Длина шлейфа, мм	4.7	2.4	4.7	28	29	28	35

Таблица 2.5 Размеры ППФ на МПЛ

Схема ППФ приведена в приложении Д.