-
Анализ результатов проектирования
Параметры наиболее просто реализующаяся схема фильтра выглядят следующим образом:
ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.
ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :
Тип АЧХ ................................... : МПХ
Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) : 9.50
Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) : 9.80
Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... : 2.00
Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 30.00
Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом) : 75.0
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :
Относит. диэл. проницаемость подложки ..... : 2.00
Высота подложки, (мм) ..................... : 0.25
Количество элементов фильтра .............. : 121
Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 176.1
Волнов. сопрот. низкоомного элемента, (Ом) : 72.8
ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
Ширина подводящих полосков, (мм) ........ : 0.426
Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.050
Ширина низкоомного элемента, (мм) ........ : 0.440
ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
1 - 0.03 мм 2 - 0.07 мм 3 - 0.11 мм 4 - 0.44 мм
5 - 0.13 мм 6 - 0.82 мм 7 - 0.14 мм 8 - 1.19 мм
9 - 0.15 мм 10 - 1.57 мм 11 - 0.17 мм 12 - 1.94 мм
13 - 0.18 мм 14 - 2.30 мм 15 - 0.19 мм 16 - 2.66 мм
17 - 0.20 мм 18 - 3.01 мм 19 - 0.21 мм 20 - 3.35 мм
21 - 0.22 мм 22 - 3.68 мм 23 - 0.23 мм 24 - 4.00 мм
25 - 0.24 мм 26 - 4.31 мм 27 - 0.25 мм 28 - 4.60 мм
29 - 0.26 мм 30 - 4.88 мм 31 - 0.27 мм 32 - 5.15 мм
33 - 0.28 мм 34 - 5.41 мм 35 - 0.29 мм 36 - 5.65 мм
37 - 0.30 мм 38 - 5.87 мм 39 - 0.30 мм 40 - 6.08 мм
41 - 0.31 мм 42 - 6.27 мм 43 - 0.31 мм 44 - 6.44 мм
45 - 0.32 мм 46 - 6.60 мм 47 - 0.32 мм 48 - 6.73 мм
49 - 0.33 мм 50 - 6.85 мм 51 - 0.33 мм 52 - 6.95 мм
53 - 0.34 мм 54 - 7.03 мм 55 - 0.34 мм 56 - 7.09 мм
57 - 0.34 мм 58 - 7.13 мм 59 - 0.34 мм 60 - 7.15 мм
61 - 0.34 мм 62 - 7.15 мм 63 - 0.34 мм 64 - 7.13 мм
65 - 0.34 мм 66 - 7.09 мм 67 - 0.34 мм 68 - 7.03 мм
69 - 0.34 мм 70 - 6.95 мм 71 - 0.33 мм 72 - 6.85 мм
73 - 0.33 мм 74 - 6.73 мм 75 - 0.32 мм 76 - 6.60 мм
77 - 0.32 мм 78 - 6.44 мм 79 - 0.31 мм 80 - 6.27 мм
81 - 0.31 мм 82 - 6.08 мм 83 - 0.30 мм 84 - 5.87 мм
85 - 0.30 мм 86 - 5.65 мм 87 - 0.29 мм 88 - 5.41 мм
89 - 0.28 мм 90 - 5.15 мм 91 - 0.27 мм 92 - 4.88 мм
93 - 0.26 мм 94 - 4.60 мм 95 - 0.25 мм 96 - 4.31 мм
97 - 0.24 мм 98 - 4.00 мм 99 - 0.23 мм 100 - 3.68 мм
101 - 0.22 мм 102 - 3.35 мм 103 - 0.21 мм 104 - 3.01 мм
105 - 0.20 мм 106 - 2.66 мм 107 - 0.19 мм 108 - 2.30 мм
109 - 0.18 мм 110 - 1.94 мм 111 - 0.17 мм 112 - 1.57 мм
113 - 0.15 мм 114 - 1.19 мм 115 - 0.14 мм 116 - 0.82 мм
117 - 0.13 мм 118 - 0.44 мм 119 - 0.11 мм 120 - 0.07 мм
121 - 0.03 мм
Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... : 285.622
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :
Тангенс угла диэл. потерь подложки, ..... : 0.0003
Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 0.00*10E7
Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.000
Данный фильтр обладает массой недостатков. Один из наиболее важных – диэлектрическая проницаемость подложки имеет довольно низкое значение, что скажется на высокой величине потерь в фильтре (см. график выходной АЧХ). Величина потерь также обусловлена высокими частотами. В качестве недостатка стоит отметить большое число элементов фильтра и большую суммарную длину фильтра, а также большой разброс длин элементов фильтра.
Рис.3 График выходной АЧХ не оптимального фильтра
В следующей модели для снижения этих недостатков были произведены замена материала подложки и ширины полосков, при которых возможна реализация фильтра на заданной подложке. Ниже приведен протокол полученного фильтра:
ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.
ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :
Тип АЧХ ................................... : МПХ
Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) : 9.50
Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) : 9.80
Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... : 2.00
Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 30.00
Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом) : 75.0
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :
Относит. диэл. проницаемость подложки ..... : 4.80
Высота подложки, (мм) ..................... : 0.25
Количество элементов фильтра .............. : 121
Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 156.5
Волнов. сопрот. низкоомного элемента, (Ом) : 68.4
ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
Ширина подводящих полосков, (мм) ........ : 0.206
Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.020
Ширина низкоомного элемента, (мм) ........ : 0.230
ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
1 - 0.03 мм 2 - 0.03 мм 3 - 0.11 мм 4 - 0.26 мм
5 - 0.15 мм 6 - 0.50 мм 7 - 0.17 мм 8 - 0.74 мм
9 - 0.20 мм 10 - 0.97 мм 11 - 0.23 мм 12 - 1.21 мм
13 - 0.26 мм 14 - 1.44 мм 15 - 0.29 мм 16 - 1.67 мм
17 - 0.32 мм 18 - 1.89 мм 19 - 0.34 мм 20 - 2.10 мм
21 - 0.37 мм 22 - 2.31 мм 23 - 0.40 мм 24 - 2.52 мм
25 - 0.42 мм 26 - 2.71 мм 27 - 0.44 мм 28 - 2.90 мм
29 - 0.47 мм 30 - 3.08 мм 31 - 0.49 мм 32 - 3.25 мм
33 - 0.51 мм 34 - 3.41 мм 35 - 0.53 мм 36 - 3.56 мм
37 - 0.55 мм 38 - 3.70 мм 39 - 0.57 мм 40 - 3.84 мм
41 - 0.58 мм 42 - 3.96 мм 43 - 0.60 мм 44 - 4.07 мм
45 - 0.61 мм 46 - 4.16 мм 47 - 0.62 мм 48 - 4.25 мм
49 - 0.63 мм 50 - 4.32 мм 51 - 0.64 мм 52 - 4.39 мм
53 - 0.65 мм 54 - 4.44 мм 55 - 0.65 мм 56 - 4.47 мм
57 - 0.66 мм 58 - 4.50 мм 59 - 0.66 мм 60 - 4.51 мм
61 - 0.66 мм 62 - 4.51 мм 63 - 0.66 мм 64 - 4.50 мм
65 - 0.66 мм 66 - 4.47 мм 67 - 0.65 мм 68 - 4.44 мм
69 - 0.65 мм 70 - 4.39 мм 71 - 0.64 мм 72 - 4.32 мм
73 - 0.63 мм 74 - 4.25 мм 75 - 0.62 мм 76 - 4.16 мм
77 - 0.61 мм 78 - 4.07 мм 79 - 0.60 мм 80 - 3.96 мм
81 - 0.58 мм 82 - 3.84 мм 83 - 0.57 мм 84 - 3.70 мм
85 - 0.55 мм 86 - 3.56 мм 87 - 0.53 мм 88 - 3.41 мм
89 - 0.51 мм 90 - 3.25 мм 91 - 0.49 мм 92 - 3.08 мм
93 - 0.47 мм 94 - 2.90 мм 95 - 0.44 мм 96 - 2.71 мм
97 - 0.42 мм 98 - 2.52 мм 99 - 0.40 мм 100 - 2.31 мм
101 - 0.37 мм 102 - 2.10 мм 103 - 0.34 мм 104 - 1.89 мм
105 - 0.32 мм 106 - 1.67 мм 107 - 0.29 мм 108 - 1.44 мм
109 - 0.26 мм 110 - 1.21 мм 111 - 0.23 мм 112 - 0.97 мм
113 - 0.20 мм 114 - 0.74 мм 115 - 0.17 мм 116 - 0.50 мм
117 - 0.15 мм 118 - 0.26 мм 119 - 0.11 мм 120 - 0.03 мм
121 - 0.03 мм
Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... : 197.221
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :
Тангенс угла диэл. потерь подложки, ..... : 0.0060
Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 0.00*10E7
Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.000
Предложенный фильтр по своим характеристикам превосходит предыдущий по таким показателям как: более высокая диэлектрическая проницаемость подложки, меньшая суммарная длина фильтра и менее большой разброс длин элементов фильтра. Однако, число элементов все также осталось большим.
Итак, по результатам работы, заданную АЧХ можно реализовать, но полученный фильтр будет иметь описанные выше недостатки, поэтому в качестве выхода из этой ситуации предлагается изменить один из параметров начальной АЧХ для реализации оптимального фильтра. При этом отклонение значения заданного коэффициента прямоугольности не должно превосходить измененный более чем на 5%.
Наиболее важным
параметром является
, т.к. определяет граничную частоту
полосы пропускания, что является основным
параметром фильтра (определяет его
функциональное предназначение). Поэтому
более оптимально будет изменить значение
,
характеризующее граничное значение
полосы заграждения.
Положим
,
тогда
(при
и
);
(т.е. изменение
коэффициента пульсации не составило
больше 5% от первоначального значения)
Реализуем фильтр с новой заданной АЧХ:
ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.
ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :
Тип АЧХ ................................... : МПХ
Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) : 9.50
Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) : 10.00
Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... : 2.00
Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 30.00
Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом) : 75.0
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :
Относит. диэл. проницаемость подложки ..... : 4.80
Высота подложки, (мм) ..................... : 0.25
Количество элементов фильтра .............. : 73
Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 156.5
Волнов. сопрот. низкоомного элемента, (Ом) : 53.2
ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
Ширина подводящих полосков, (мм) ........ : 0.206
Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.020
Ширина низкоомного элемента, (мм) ........ : 0.390
ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :
1 - 0.06 мм 2 - 0.01 мм 3 - 0.24 мм 4 - 0.28 мм
5 - 0.37 мм 6 - 0.56 мм 7 - 0.51 мм 8 - 0.82 мм
9 - 0.63 мм 10 - 1.09 мм 11 - 0.76 мм 12 - 1.34 мм
13 - 0.88 мм 14 - 1.58 мм 15 - 1.00 мм 16 - 1.80 мм
17 - 1.11 мм 18 - 2.01 мм 19 - 1.22 мм 20 - 2.20 мм
21 - 1.32 мм 22 - 2.38 мм 23 - 1.41 мм 24 - 2.53 мм
25 - 1.49 мм 26 - 2.67 мм 27 - 1.56 мм 28 - 2.78 мм
29 - 1.62 мм 30 - 2.87 мм 31 - 1.67 мм 32 - 2.94 мм
33 - 1.71 мм 34 - 2.99 мм 35 - 1.73 мм 36 - 3.01 мм
37 - 1.74 мм 38 - 3.01 мм 39 - 1.73 мм 40 - 2.99 мм
41 - 1.71 мм 42 - 2.94 мм 43 - 1.67 мм 44 - 2.87 мм
45 - 1.62 мм 46 - 2.78 мм 47 - 1.56 мм 48 - 2.67 мм
49 - 1.49 мм 50 - 2.53 мм 51 - 1.41 мм 52 - 2.38 мм
53 - 1.32 мм 54 - 2.20 мм 55 - 1.22 мм 56 - 2.01 мм
57 - 1.11 мм 58 - 1.80 мм 59 - 1.00 мм 60 - 1.58 мм
61 - 0.88 мм 62 - 1.34 мм 63 - 0.76 мм 64 - 1.09 мм
65 - 0.63 мм 66 - 0.82 мм 67 - 0.51 мм 68 - 0.56 мм
69 - 0.37 мм 70 - 0.28 мм 71 - 0.24 мм 72 - 0.01 мм
73 - 0.06 мм
Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... : 108.066
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :
Тангенс угла диэл. потерь подложки, ..... : 0.006
Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 3.80*10E7
Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.010
На частоте 9.5 ГГц общие потери 1.32 дБ, из них
в полоске фильтра, (дБ) ........... : 0.4322
в подложке фильтра, (дБ) ........... : 0.8866
на излучение, (дБ) ........... : 0.0047
Полученный фильтр является значительно более лучшим представленных ранее вариантов по следующим характеристикам. Во-первых, заметно значительное уменьшение потерь в фильтре, что сказывается на выходной АЧХ (см. рис.4). Количество элементов стало допустимым с точки зрения технологических характеристик. А общая длина фильтра отвечает параметрам для минимальной стоимости фильтра.
Стоит также отметить значительное снижение величины разброса длин элементов фильтра, что положительным образом сказывается на трудоемкости реализации полученного фильтра.
Рис.4 График выходной АЧХ оптимального фильтра (с учетом потерь)
Таких характеристик фильтра стало возможным добиться только при условии изменения заданной АЧХ, но так как отклонения коэффициента прямоугольности составило менее 5% то можно предположить, что данная схема фильтра низких частот является оптимальной.