Calcolo dei filtri a microonde stripline. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore

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L'autore presenta ai lettori il programma per computer "BPF-PP" da lui sviluppato per il calcolo dei parametri dei filtri a microonde a banda stretta.

Il programma "BPF-PP" descritto di seguito consente di calcolare filtri a banda stretta su risonatori a semionda accoppiati. Spero che possa interessare i radioamatori che sviluppano dispositivi a microonde. Il programma è scritto nel linguaggio di programmazione GWBASIC, può essere facilmente trasformato in BASIC di qualsiasi versione ed è pensato per un utente che abbia una conoscenza preliminare della tecnologia delle linee a microstriscia (MSL) e dei filtri elettrici. Il lettore troverà ulteriori informazioni nella letteratura tecnica, il cui elenco è presentato alla fine dell'articolo.

Per acquisire rapidamente competenze nell'utilizzo del programma, consideriamo un esempio specifico di calcolo. Nel testo il contenuto del programma visualizzato sullo schermo è indicato tra virgolette. Supponiamo che calcoli preliminari o considerazioni progettuali abbiano evidenziato la necessità di realizzare un filtro del secondo ordine con una larghezza di banda compresa tra 694 e 734 MHz. Lo realizzeremo sulla base del laminato in fibra di vetro a doppia faccia.

Dopo aver avviato il programma, sullo schermo del monitor apparirà il seguente messaggio:

"Il tipo di filtro è designato: Butterworth (2-9 ordini) - V; Chebyshev (3-9 ordini) - T.

Ordine filtro (2-9)?".

Per questa domanda, nel nostro esempio, inseriremo da tastiera il numero 2. Avanti:

"tipo di filtro - B

resistenza di carico, Ohm? cinquanta

Limiti di larghezza di banda, GHz:

Superiore? .734

minore? .694

Frequenza centrale della banda passante F0 = 0.7137186 ​​GHz"

Su richiesta

"Spessore lamina t, mm?

Spessore supporto H, mm?

Dovresti inserire le dimensioni in millimetri del materiale utilizzato. Diciamo che lo spessore della lamina è t = 0,05 mm e lo spessore del substrato in fibra di vetro è H = 1,5 mm.

E alla domanda “Costante dielettrica E?” Introduciamo E = 4,8 per il nostro esempio.

Successivamente, sullo schermo compariranno i risultati del calcolo:

" *********** CALCOLO IN CORSO **********

larghezza delle strisce incollate W(0) =2.67 mm

gioco S(0,1) = 0.14 mm

quarto d'onda - 52.15 mm

larghezza delle strisce collegate W(1) = 3.17 mm

gioco S(1,2) = 3.13 mm

quarto d'onda - 51.65 mm

larghezza nastro incollato W(2) = 2.67 mm

gioco S(2,3) = 0.14 mm

quarto d'onda - 52.15 mm"

In base ai risultati del calcolo, prendiamo la seguente decisione: su un lato della lastra in fibra di vetro posizioniamo due strisce di pellicola con una larghezza di W(0) e una lunghezza di 5,215 cm con uno spazio di S(0,1) tra di loro . Posizioniamo la seconda coppia di strisce collegate sullo stesso lato della piastra a destra, adiacente alla prima, e la striscia superiore della seconda coppia dovrebbe essere una continuazione della striscia inferiore della prima coppia (vedi figura), ma con la propria larghezza W(1). La seconda striscia della seconda coppia, lunga 5,165 cm, è posta con uno spazio S(1,2) sotto la prima.

La prima striscia, lunga 5,215 cm, della terza coppia di larghezza W(2) continua la seconda della seconda coppia. La seconda striscia della terza coppia, lunga 5,215 cm e W(2), sarà posizionata sotto la prima con uno spazio S(2,3). La lamina sul secondo lato della piastra viene lasciata continua e non danneggiata.

Otteniamo così una struttura di quattro strip line disposte una sotto l'altra con spazi S(0,1), S(1,2), S(2,3) e spostate in lunghezza di un quarto d'onda. Le due strisce interne fungono da risonatori a semionda, mentre le due strisce esterne fungono da elementi di accoppiamento a quarto d'onda con il generatore e il carico. Un carico adattato e un generatore o linee aventi la stessa impedenza del filtro sono collegati alle estremità estreme delle strisce esterne.

Qualche parola sul programma. Le righe di comando da 80 a 240 sono una tabella con parametri di filtro: prototipi Butterworth dal secondo al nono ordine e prototipi Chebyshev dal terzo al nono ordine con irregolarità nella banda passante di 0,28 dB, che nella maggior parte dei casi è sufficiente per la pratica amatoriale.

(clicca per ingrandire)

Se necessario, al posto della tabella prototipo, può essere introdotta una subroutine che determina i coefficienti dei filtri prototipo di ordine superiore e con altri valori di disuniformità.

È da notare che per una migliore convergenza dei risultati pratici con quelli calcolati è necessario misurare preventivamente la costante dielettrica del laminato in fibra di vetro della lastra utilizzata. Per fare ciò, è necessario creare una striscia di lunghezza arbitraria su un'altra piastra dello stesso materiale, che fungerà da risonatore a semionda. In prossimità di una delle sue estremità, la stessa linea, ma 5...10 volte più corta in lunghezza, è posta parallelamente ad uno spazio vuoto (vicino a quello reale). Questa linea servirà da eccitatore del risonatore. Per fare ciò, un generatore è collegato a un'estremità e all'altra viene caricato un resistore da 50 Ohm, selezionato in anticipo.

Alla frequenza di risonanza, esattamente al centro del risuonatore si forma un nodo di tensione, che è fissato dalla testa del rilevatore. La costante dielettrica effettiva è determinata dall'espressione , dove Fres è la frequenza di risonanza in MHz; L è la lunghezza del risonatore in metri. Dalla formula si ottiene il valore della costante dielettrica e del materiale (inserito nel programma con la lettera E).

dove h è lo spessore della fibra di vetro, mm; W è la larghezza della striscia del risonatore, mm.

Per rendere le misurazioni della costante dielettrica più affidabili, è necessario scegliere una lunghezza del risonatore piuttosto grande: 150...200 mm. In questo caso, la presenza di una capacità finale introdurrà solo un errore minore. Quando eseguo tali misurazioni, di solito scelgo che la larghezza dello spazio tra la linea di eccitazione e il risonatore, nonché la larghezza della linea e del risonatore, siano pari al doppio dello spessore del substrato. Eseguo misurazioni a una frequenza non superiore a 1 GHz.

Letteratura

1. Dispositivi microelettronici a microonde (sotto la direzione di G. I. Vasiliev). - M.: Scuola superiore, 1986.
2. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Filtri a microonde, circuiti di adattamento e circuiti di comunicazione. Volumi 1 e 2. - M.: Comunicazione, 1972.
3. Fusco V. Circuiti a microonde. Analisi e progettazione assistita da computer. - M.: Radio e comunicazione, 1990.
4. Manuale sul calcolo e la progettazione dei dispositivi a striscia di microonde (a cura di V. I. Volman). - M.: Radio e comunicazione, 1982.

Autore: O.Soldatov, Tashkent, Uzbekistan

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