Расчет полосно-пропускающего фильтра
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Вµнные по графикам, представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2
№ резонатораВычисленные значенияЗначения, полученные из графиковРезультаты вычисленийi16.3396.35.30.416214.2896.75.50.406316.3636.85.60.403416.7136.75.70.403516.3636.85.60.3403614.2896.75.50.40676.3396.35.30.4168. По известным определяем откорректированные длины связанных секций в мм по формуле:
, (4.12)
где в ГГц, а -эффективное удлинение разомкнутого конца микрополоскового резонатора в мм.
в (4.11) определяется по приближенной формуле:
(4.13)
Формула (5.13) справедлива до() при h=1 мм.
Результаты расчётов по формуле (4.12), а также по (4.13), представлены в сводной таблице 4.3.
В таблице 4.3 представлены также все параметры рассчитанного ППФ фильтра из параллельно-связанных полуволновых разомкнутых на конце резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями. По этим данным, можно сделать чертёж топологии ППФ и изготовить его.
Таблица 4.3
№ резонатораiдлины [мм]удлинение
[мм]ширина
[мм]зазоры
[мм]14.1570.250.650.624.0260.2750.880.6533.9930.2760.890.8243.9920.2770.90.8553.9930.2760.890.8264.0260.2750.880.6574.1570.250.650.6
9. По описанной методике можно рассчитывать фильтры, рабочий диапазон длин волн которых составляет от 2 до 20 см (в расчёте ), а относительные полосы пропускания от 1 до 20% для фильтров с максимально-плоской характеристикой и от 1 до 25% для фильтров с чебышевской характеристикой (в рассчитанном фильтре
Паразитные полосы пропускания фильтра расположены вблизи частот кратных , то есть и так далее.
При проектировании широкополосных фильтров следует иметь в виду, что реальная (измеренная) полоса пропускания получается уже расчетной. Для фильтров с расхождение может составить 6-7%.
.2 Создание и анализ модели ППФ с помощью программы MFDR
При помощи программы MFDR были созданы и проанализированы модели двух типов ППФ:
на параллельно-связанных полуволновых разомкнутых на конце резонаторов с четвертьволновыми электромагнитными связями, (лесенка);
на встречных стержнях с короткозамкнутыми входным и выходным стержнями встречно-стержневой (также называемый встречно-гребневым фильтром).
Общий вид окна программы представлено на рисунке.4.7.
Рисунок 4.7 - Главное окно программы MFDR
В ходе работы в данной программе был выбран фильтр ППФ с чебышевской характеристикой и введены следующие характеристики фильтра:
Граничные частоты, полосы пропускания
,
тогда центральная частота
; (4.14)
Относительная полоса пропускания,
или 17.5%; (4.15)
Волновое сопротивление тракта ;
Допустимый коэффициент стоячей волны или , тогда максимально-допустимый уровеньзатухания в полосе пропускания.
(4.16)
или неравномерность затухания в полосе пропускания ?An=0,2 дБ для реальной характеристики.
Число элементов НЧ-прототипа, рассчитанное в программе составило n=6, но наиболее удобно брать большее нечётное число элементов n=7, при этом фильтр получается симметричным.
Также были введены параметры подложки: материал подложки - поликор, диэлектрическая проницаемость среды , толщина подложки - 1мм с медным проводящим слоем t=0.13мм.
Отмечу, что для расчета встречно-стержневого фильтра и фильтра типа лесенка мы используем одинаковые параметры.
В таблице 4.4 показаны результаты вычислений топологий фильтров.
Таблица 4.4
Встречно-стержневойЛесенка№Зазоры, ммШирина, ммДлина, мм№Зазоры, ммШирина, ммДлина, мм10,59630,64624,147510,61210,66254,225820,64590,87554,006920,66450,89054,125630,81050,88193,894430,83020,89993,998540,84740,89933,883250,86350,91353,982550,81050,88193,894460,83020,89993,998560,64590,87554,006970,66450,89054,125670,59630,64624,147580,61210,66254,2258
Результаты вычислений S параметров исследуемых фильтров представлены в таблице 4.5.
Таблица 4.5
Фильтр встречно-стержневойФильтр ЛесенкаF [ГГц]S21АЧХ [дБ] (20logS21)S21АЧХ [дБ] (20logS21)5,90,002-550,002-5560,004-480,003-506,10,01-400,006-456,20,002-350,01-406,250,018-300,011-396,30,398-80,018-356,350,316-100,355-96,40,398-80,178-156,450,562-50,224-136,50,708-30,282-116,550,75-2,50,398-86,60,767-2,30,708-36,650,813-1,80,794-26,70,813-1,80,794-26,750,794-20,767-2,36,80,832-1,60,822-1,76,850,871-1,20,861-1,36,90,861-1,30,841-1,56,950,813-1,80,813-1,870,794-20,794-27,050,741-2,60,741-2,67,10,708-30,708-37,150,75-2,50,75-2,57,20,794-20,794-27,250,804-1,90,804-1,97,30,832-1,60,832-1,67,350,822-1,70,822-1,77,40,822-1,70,822-1,77,450,813-1,80,813-1,87,50,813-1,80,813-1,87,550,813-1,80,813-1,87,60,804-1,90,804-1,97,650,794-20,794-27,70,708-30,631-47,750,501-60,447-77,80,316-100,355-97,850,224-130,282-117,90,355-90,355-97,950,178-150,1-2080,1-200,056-258,050,1-200,032-308,10,056-250,025-358,150,056-250,01-408,20,032-300,006-458,250,02-340,003-508,30,003-500,002-55
По данным таблицы 4.5 были построены АЧХ исследуемых фильтров (рисунок. 4.8). Графики строились с помощью программы MicrosoftExcel.
Рисунок 4.8 - Сравнение АЧХ смоделированных фильтров
Полученные АЧХ должны соответствовать требованиям, а именно:
максимальное затухание в полосе пропускания ;
граничные частоты, полосы пропускания
минимальное затухание в области заграждения
.
Из графиков видно, что АЧХ лестничного ППФ, хотя и обеспечивает уровень затухания 40дБ в полосе заграждения, но на частоте f=6.5ГГц имеет затухание , что превышает максимально допустимый уровень затухания в полосе.
АЧХ встречно-стержневого ППФ имеет полосу пропускания (по уровню затухания 8дБ) чуть больше 1,25ГГц, но смещённую в область более низких частот. Уровень затухания в 40дБ в полосе заграждения не обеспечивается. Таким образом, топологии обоих фильтров нуждаются в корректировке.
Такую корректировку можно было бы осуществить непосредственно на макете. Но на предприятии ЦНИРТИ разработчики используют современные технологии, позволя