Calcolo della risposta in frequenza di filtri a microonde a banda stretta. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Nella rivista "Radio" nel 2003 è stato pubblicato un articolo [1] su come calcolare un filtro a microonde a strisce utilizzando il programma per computer BPF-PP. I radioamatori che lo hanno inserito nel loro album di programmi di calcolo possono integrarlo con il blocco proposto, che, insieme al programma BPF PP, consentirà non solo di determinare le dimensioni fisiche degli elementi di progettazione di un filtro a banda stretta, ma anche per analizzare le sue dipendenze in frequenza dei coefficienti di trasmissione e riflessione.

Per una migliore leggibilità dei risultati del calcolo, vengono visualizzati sullo schermo del monitor sotto forma di grafici, che consentono di valutare facilmente quali modifiche devono essere apportate alle informazioni originali. I risultati ottenuti con questo programma consentono la migliore scelta del materiale per la progettazione della microstriscia ancor prima che il filtro sia fabbricato, nonché il corretto "inserimento" dello stesso nel dispositivo a cui è destinato.

La prima cosa da fare affinché il programma funzioni è inserire il numero di riga 495 nel blocco iniziale BPF-PP, che integrerà le informazioni sul materiale del pezzo. Sembra così:

495 INPUT "Perdita tangente del dielettrico del substrato tg*e ="; TGD:TGD=TGD/10000.

Un blocco aggiuntivo per il calcolo delle caratteristiche del filtro contiene informazioni sulla lamina di rame, che è sufficiente per la stragrande maggioranza dei casi, ma è possibile apportare modifiche se necessario. Di norma, nella letteratura di riferimento, viene fornito il valore della tangente di perdita, per comodità viene sovrastimato di 10000 volte, di cui tiene conto la riga 495.

Quindi, "cucire" il programma BPF-PP e il blocco di programma aggiuntivo dalla riga 830 in una singola unità. Si consiglia di cambiare il nome del programma "collegato", ad esempio, in BPF-PPGR, in cui le lettere GR ricorderanno che presenterà anche materiale grafico.

Ora, come esempio, eseguiamo i calcoli del filtro per due diversi materiali di foglio.

Introduciamo i parametri del filtro (le virgole decimali, come al solito, sono sostituite da punti):

Ordine filtro <2-9>? quattro
Tipo di filtro-? T
Resistenza di carico RN, Ohm? cinquanta
Limiti di larghezza di banda, GHz:
Superiore ? 2.8
Minore ? 2.4

Successivamente, il programma visualizza sullo schermo la frequenza centrale della larghezza di banda: F0 = 2.592296 GHz.

La prima opzione è realizzata sulla base di un foglio in fibra di vetro con stucco in resina epossidica:

Spessore della lamina, t, mm? 0.05
Spessore supporto h, mm ?
Costante dielettrica E? 4.8
Perdita tangente del dielettrico del substrato tg*e4=? 250

Il programma esegue il calcolo su cinquanta valori di frequenza che si trovano all'interno della larghezza di banda e su venticinque valori su ciascuna pendenza della risposta in frequenza, che offre per la visualizzazione tramite un messaggio sullo schermo:

Visualizzazione del grafico: Kn - inserire '1'; km(log)-'2'; Gvh-'Z'.

Il grafico Kn mostra la risposta in frequenza del coefficiente di trasferimento della tensione. Il suo aspetto coincide con quello che siamo abituati a vedere sullo schermo del tracciatore di curve quando si utilizza una testa del rivelatore con una caratteristica lineare. Il grafico Km è un grafico logaritmico del rapporto di trasferimento di potenza rispetto alla frequenza. E l'ultimo grafico - Gvh - mostra il coefficiente di riflessione della potenza dall'ingresso del filtro. Un'immagine simile (come un inviluppo) può essere osservata se il filtro è collegato a un generatore di frequenza di scansione (GFS) attraverso un riflettometro.

Se i blocchi del programma sono "collegati" correttamente, allora i grafici mostrati in Fig. 1-3. Visualizzano i risultati del calcolo per la prima opzione: per la fibra di vetro.

(clicca per ingrandire)

Per la seconda versione del filtro - basata sul materiale FLAN - introduciamo:

Spessore lamina t, mm? 0.05

Spessore supporto h mm ? 2

Costante dielettrica E? 3.8

Perdita tangente del dielettrico del substrato tg*e4=? 12

Come risultato del calcolo, otteniamo altri tre grafici - fig. 4-6.

Il confronto dei grafici corrispondenti di entrambe le opzioni mostra chiaramente che l'uso di fogli di fibra di vetro a base epossidica porta a scarsi risultati in questa regione di frequenza. A una frequenza più alta e una larghezza di banda inferiore, le prestazioni saranno ancora peggiori. L'elevata attenuazione del segnale è dovuta al basso fattore di qualità dei risonatori del filtro - inferiore a 40 (Q<1/tg6), motivo per cui la costruzione di un filtro con caratteristiche soddisfacenti su questo materiale richiederà molto lavoro.

Il programma proposto fornisce il minimo necessario per creare un filtro a microonde. A chi desidera migliorarlo può essere offerto di creare un blocco che preveda modifiche ai parametri degli inverter JY (k, k + 1), ad esempio apportando modifiche ai valori dei coefficienti A ( k), A (k + 1), ecc. al fine di determinare quali sono più accettabili.

Non dovresti ampliare la larghezza di banda dell'analisi della risposta del filtro, poiché il modello equivalente è vero solo nella banda passante e nelle piccole aree circostanti. Inoltre, questo programma non dovrebbe essere utilizzato per frequenze superiori a 5...6 GHz, poiché la larghezza dei risonatori a microstriscia diventa comparabile con la lunghezza e aumentano gli errori dovuti all'effetto bordo, che qui vengono presi in considerazione nel modo più semplice modo.

Programma reticolato BPF-PPGR

Letteratura

1. Soldatov O. Calcolo dei filtri per microonde a strisce. - Radio, 2003, n. 6, pag. 29, 30.
2. Dispositivi microelettronici a microonde (sotto la direzione di G. I. Vasiliev). - M.: Scuola superiore, 1986.
3. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Filtri a microonde, circuiti di adattamento e circuiti di comunicazione, Vol. 1 e 2. - M.: Svyaz, 1972.
4. Fusco V. Circuiti a microonde. Analisi e progettazione assistita da computer. - M.: Radio e comunicazione, 1990.
5. Hanzel G. Manuale di progettazione dei filtri. - M: radio sovietica, 1974.
6. Manuale sul calcolo e la progettazione di dispositivi a striscia a microonde (a cura di Volman V.P.). - M.: Radio e comunicazione, 1982.

Autore: O.Soldatov, Tashkent, Uzbekistan

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