Работа, выполняемая в лаборатории

Создать новый проект с названием TV_FLTR. Изобразить на поле AWR рассчитанную схему. Выполнить анализ ее частотных характеристик, построив график проходной характеристики — параметра S(2,1) в диапазоне ±20 МГц от центральной частоты. Последовательность действий описана в разделе 1.2.

Создать фильтр, выбрав в окне Project узел Wizards и строку AWR Filter Synthesis Wizard (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Мастер синтеза фильтров

На первой странице мастера выбрать тип фильтра Bandpass (см. рис. 2.6) и нажать кнопку Далее.

Рис. 2.6. Выбор типа фильтра

Затем выбрать аппроксимацию фильтра: Баттерворта или Чебышева в соответствии с заданием (рис. 2.7) и нажать кнопку Далее.

Рис. 2.7. Выбор аппроксимации фильтра

На следующей странице в строке Filter Order установить порядок фильтра, а в строках Lower Edge of Passband и Upper Edge of Passband нижнюю и верхнюю частоты полосы пропускания соответствии с заданием (см. рис. 2.8). Затем выбрать Ripple и ввести неравномерность «0.28» дБ, в строках Source и Load Resistance ввести «75» Ом и нажать кнопку Далее.

Рис. 2.8. Выбор параметров фильтра

Затем выбрать технологию фильтра — Ideal Electrical Model (рис. 2.9) и нажать кнопку Далее.

Рис. 2.9. Выбор технологии фильтра

В разделе Topology выбрать строку Shunt Element First (рис. 2.10) и нажать кнопку Далее.

Рис. 2.10. Выбор топологии фильтра

Затем в окне спецификаций схемы (рис. 2.11) ввести название фильтра и нажать кнопку Далее. На следующей (последней) странице мастера нажать кнопку Готово.

Рис. 2.11. Спецификации схемы

Создать еще один фильтр (Filter 2), пользуясь AWR Filter Synthesis Wizard, только учтя потери в элементах фильтра. Для этого повторить предыдущие шаги, введя в разделе Topology (см. рис. 2.10) добротность элементов фильтра, равную 60.

Рис. 2.12. График проходных характеристик

Построить общий график проходных характеристик для всех схем: рассчитанной, созданной мастером без потерь и с потерями (рис. 2.12). По результатам моделирования сравнить характеристики фильтров.

Содержание отчета

1. Принципиальные схемы фильтров.

2. Прогнозируемый вид частотной характеристики.

3. Частотные характеристики, построенные в ходе моделирования.

4. Краткие выводы по результатам работы.

2.4. Контрольные вопросы и задания

1. Как в данной работе по построенной в ходе моделирования частотной характеристике определить частоты, левее и правее которых затухание достигает заданной величины A_S = 20, 30, 40 дБ?

2. Как изменяется величина затухания фильтра с потерями в его элементах:

– в полосе пропускания;

– за пределами полосы пропускания?

3. Какой из фильтров обеспечивает большую крутизну скатов за пределами полосы пропускания: фильтр с Чебышевской или Баттервортовской характеристикой?

4. Как в данной работе по построенной в ходе моделирования частотной характеристике определить затухание A_S дБ?

3. Лабораторная работа № 2.
Проектирование усилителя СВЧ

Цели работы

– Освоить расчет и моделирование СВЧ усилителя на биполярном или полевом транзисторе;

– освоить моделирование конструкции усилителя (с учетом паразитных параметров);

– освоить процедуру оптимизации характеристик усилителя.

Рис. 3.1. Принципиальная схема усилителя

Процедуру проектирования рассмотрим на примере проектирования однокаскадного усилителя, принципиальная схема которого изображена на рис. 3.1.

Схема содержит:

– L₁C₁ — элементы, трансформирующие входное сопротивление транзистора к уровню сопротивления источника сигнала;

– L₂C₂ — элементы, трансформирующие сопротивление фидера к значению сопротивления нагрузки, необходимого для транзистора;

– С_р — конденсаторы, разделяющие трансформирующие цепи от источника сигнала и нагрузки;

– L_бл, C_б, R₁, R₂ — элементы подачи питания.

На сравнительно низких частотах (например, в КВ диапазоне) для рассчитанных элементов используются стандартные сосредоточенные элементы, их значения измеряются измерительными приборами (измерителями индуктивностей, емкостей, сопротивлений), при необходимости корректируются и обеспечивают работу схемы.

В СВЧ диапазонах элементы с сосредоточенными постоянными заменяются на элементы с распределенными постоянными. Индуктивности реализуют в виде «коротких» (по сравнению с длиной волны) отрезков микрополосковых линий с «большим» волновым сопротивлением, емкости – в виде разомкнутых отрезков с «малым» волновым сопротивлением. Схема, изображенная на рис. 3.1, может быть представлена, например, в таком виде (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Принципиальная схема СВЧ усилителя на отрезках линий

Роль элементов L₁C₁ выполняют отрезки линий с волновыми сопротивлениями Z₁ и Z_шл1. Назначения остальных элементов можно понять по аналогии.

Для расчета и моделирования элементов схемы теперь приходится использовать более удобные понятия коэффициентов отражения Г(jw) или S(jw).

Расчет СВЧ усилителя