Построение электромагнитной структуры фильтра

Цель работы

Цель работы заключается в изучении методики проектирования полосовых фильтров СВЧ на полосковых элементах путем разработки фильтра с заданными параметрами.

Техническое задание

Синтезировать полосовой фильтр в соответствии с параметрами, указанными в таблице 1. Выполнить сквозное проектирование фильтра в программе Microwave Office.

Таблица 1 – Параметры для выполнения лабораторной работы.

Тип фильтра	Частота пропускания, МГц	Частота подавления, МГц	Затухание в полосе подавления	Сопротивление подводящих линий	Центральная частота, МГц	H, мм
Чебышева						1,5	9,6	0,1

Таким образом, имеем нижнюю граничную частоту равную 2150 МГц и верхнюю граничную частоту 2850 МГц. Верхняя и нижняя частоты среза соответственно равны 1800 МГц и 3200 МГц.

Расчет аналогового прототипа ФНЧ

Во вкладке Global Definitions занесем начальные данные и произведем расчет параметров сосредоточенных элементов.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Теперь необходимо перейти к ненормированным величинам. Конкретные величины элементов в схеме фильтра рассчитываем через g-параметры, учитывая, что

(8)

(9)

(10)

На рисунке 1 показана АЧХ ФНЧ прототипа.

Рисунок 1 – АЧХ ФНЧ-прототипа

Расчет параметров отрезков фильтра

Рассчитаем сопротивление отрезков линии в инверторах и .

(11)

(12)

(13)

Зададим значение коэффициента инверсии K. Пусть K = .

Рассчитаем волновые сопротивления для четного и нечетного типов волн в связанных линиях.

(14)

(15)

Рассчитаем относительную ширину полосок и расстояние между ними в связанных линиях.

(23)

(24)

(25)

(25)

(26)

(27)

Отсюда , мм

Рассчитаем ширину полосок и длину отрезков линий. Длина каждого из отрезков равна четверти длины волны в линии передачи (рис. 3). Длина вол­ны в линии передачи здесь f - центральная час­тота. Ширина подводящих линий определяется их сопротивлением, ширина инвертора W - его сопротивлением .

(28)

W(Z_в)=0,29 мм, W(Z_вВ)=0,06 мм, W(Z_вl)=0,1 мм, W(Z_в0)=0,51 мм.

Построение фильтра прототипа на полосковых элементах

Построим фильтр прототип на полосковых элементах с указанными параметрами. Схема оптимизированного фильтра отображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Трехмерное изображение оптимизированной топологии

График АЧХ и коэффициента отражения ихображен на рисунке 3.

Рисунок 3 – АЧХ и коэффициент отражения фильтра прототипа на полосковых элементах

ФЧХ модели представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – ФЧХ фильтра прототипа на полосковых элементах

Построение электромагнитной структуры фильтра

Построим электромагнитную модель по параметрам, полученным в результате проектирования полоскового фильтра. Предварительно зададим материал подложки и габариты фильтра. Затем установим порты для подвода входного сигнала. Полученная модель представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Топология электромагнитной структуры

На рисунке 6 изображен АЧХ и коэффициент отражения ЭМ структуры.

Рисунок 6 – АЧХ и коэффициент отражения ЭМ структуры

ФЧХ модели представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – ФЧХ ЭМ структуры

Вывод

В ходе выполнения данной лабораторной работы было выполнено проектирование полоскового фильтра: