Berechnung von Streifenmikrowellenfiltern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Der Autor stellt das von ihm entwickelte Computerprogramm „BPF-PP“ zur Berechnung der Parameter schmalbandiger Mikrowellenfilter vor.

Das im Folgenden beschriebene Programm „BPF-PP“ ermöglicht die Berechnung schmalbandiger Filter auf gekoppelten Halbwellenresonatoren. Ich hoffe, dass es für Funkamateure, die Mikrowellengeräte entwickeln, von Interesse sein wird. Das Programm ist in der Programmiersprache GWBASIC geschrieben, kann problemlos in BASIC jeder Version umgewandelt werden und ist für Benutzer konzipiert, die über Vorkenntnisse in der Mikrostreifenleitungstechnologie (MPL) und elektrischen Filtern verfügen. Weitere Informationen findet der Leser in der Fachliteratur, die am Ende des Artikels aufgelistet ist.

Um schnell Kenntnisse im Umgang mit dem Programm zu erlangen, betrachten wir ein konkretes Rechenbeispiel. Im Text wird der Inhalt des auf dem Bildschirm angezeigten Programms in Anführungszeichen gesetzt. Nehmen wir an, dass vorläufige Berechnungen oder Designüberlegungen ergeben haben, dass ein Filter zweiter Ordnung mit einer Bandbreite von 694 bis 734 MHz erforderlich ist. Machen wir es auf Basis doppelseitiger Glasfaserfolie.

Nach dem Start des Programms erscheint auf dem Monitorbildschirm folgende Meldung:

„Der Filtertyp ist angegeben: Butterworth (2-9 Ordnungen) – V; Chebyshev (3-9 Ordnungen) – T.

Filterreihenfolge (2-9)?".

Für diese Frage geben wir in unserem Beispiel die Zahl 2 über die Tastatur ein.

"Filtertyp - B

Lastwiderstand, Ohm? fünfzig

Bandbreitenbegrenzungen, GHz:

Oben? .734

niedriger? .694

Durchlassbandmittenfrequenz F0 = 0.7137186 GHz"

Auf Anfrage

„Foliendicke t, mm?

Substratdicke H, mm?

Es müssen die Abmessungen des verwendeten Materials in Millimetern eingegeben werden. Nehmen wir an, die Dicke der Folie beträgt t = 0,05 mm und das Glasfasersubstrat beträgt H = 1,5 mm.

Und auf die Frage „Dielektrizitätskonstante E?“ Wir führen für unser Beispiel E = 4,8 ein.

Anschließend erscheinen die Ergebnisse der Berechnung auf dem Bildschirm:

" ************ BERECHNUNG LÄUFT **********

Breite der verklebten Streifen W(0) = 2.67 mm

Abstand S(0,1) = 0.14 mm

Viertelwelle - 52.15 mm

Breite der verbundenen Streifen W(1) = 3.17 mm

Abstand S(1,2) = 3.13 mm

Viertelwelle - 51.65 mm

verklebte Streifenbreite W(2) = 2.67 mm

Abstand S(2,3) = 0.14 mm

Viertelwelle - 52.15 mm"

Basierend auf den Ergebnissen der Berechnung treffen wir folgende Entscheidung: Auf einer Seite der Glasfaserfolienplatte platzieren wir zwei Folienstreifen mit einer Breite W (0) und einer Länge von 5,215 cm mit einem Spalt S (0,1). zwischen ihnen. Wir platzieren das zweite Paar verbundener Streifen auf derselben Seite der Platte rechts, nahe dem ersten, und der obere Streifen des zweiten Paares sollte eine Fortsetzung des unteren Streifens des ersten Paares sein (siehe Abbildung), aber mit seiner eigenen Breite W(1). Der zweite Streifen des zweiten Paares, 5,165 cm lang, wird mit einer Lücke S(1,2) unter den ersten gelegt.

Der erste 5,215 cm lange Streifen des dritten Paares mit der Breite W(2) setzt den zweiten des zweiten Paares fort. Der zweite Streifen des dritten Paares, 5,215 cm lang und W(2) breit, wird mit einer Lücke S(2,3) unter dem ersten liegen. Die Folie auf der zweiten Seite der Platte bleibt fest und intakt.

Somit erhalten wir eine Struktur aus vier untereinander liegenden Streifenleitungen mit Lücken S(0,1), S(1,2), S(2,3) und einer Längenverschiebung von einer Viertelwelle. Die beiden inneren Streifen dienen als Halbwellenresonatoren und die beiden äußeren als Viertelwellen-Kopplungselemente mit dem Generator und der Last. An die äußersten Enden der äußeren Streifen sind eine angepasste Last und ein Generator oder Leitungen angeschlossen, deren Wellenimpedanz mit der des Filters übereinstimmt.

Ein paar Worte zum Programm. Befehlszeilen von 80. bis 240. sind eine Tabelle mit Filterparametern – Butterworth-Prototypen von der zweiten bis zur neunten Ordnung und Chebyshev von der dritten bis zur neunten Ordnung mit einer Durchlassbandwelligkeit von 0,28 dB, was in den meisten Fällen für Amateurübungen ausreichend ist.

(zum Vergrößern klicken)

Bei Bedarf kann anstelle der Prototypentabelle ein Unterprogramm eingeführt werden, das die Koeffizienten der Prototypenfilter höherer Ordnung und mit anderen Ungleichmäßigkeitswerten bestimmt.

Es ist zu beachten, dass für eine bessere Konvergenz der praktischen Ergebnisse mit den berechneten Ergebnissen zunächst die Messung der dielektrischen Permittivität des Glasfaserlaminats der verwendeten Platte erforderlich ist. Dazu ist es notwendig, auf einer anderen Platte aus demselben Material eine Streifenleitung beliebiger Länge herzustellen, die als Halbwellenresonator dient. In der Nähe eines seiner Enden wird dieselbe Linie parallel mit einer Lücke (nahe der Realität) platziert, die jedoch 5 ... 10-mal kürzer ist. Diese Leitung fungiert als Resonator-Erreger. Dazu wird an einem Ende ein Generator angeschlossen und am anderen Ende ein zuvor ausgewählter 50-Ohm-Widerstand belastet.

Bei der Resonanzfrequenz entsteht genau in der Mitte des Resonators ein Spannungsknoten, der durch den Detektorkopf fixiert wird. Aus dem Ausdruck wird die effektive Permittivität bestimmt , wo Fres - Resonanzfrequenz in MHz; L ist die Länge des Resonators in Metern. Der Wert der Dielektrizitätskonstante e des Materials (im Programm mit dem Buchstaben E eingeben) ergibt sich aus der Formel

wobei h die Dicke der Glasfaser ist, mm; W ist die Breite des Resonatorstreifens, mm.

Um Messungen der Permittivität zuverlässiger zu machen, sollte man eine relativ große Resonatorlänge wählen – 150...200 mm. In diesem Fall führt das Vorhandensein einer Endkapazität nur zu einem geringfügigen Fehler. Bei solchen Messungen wähle ich normalerweise die Breite des Spalts zwischen der Erregerleitung und dem Resonator sowie die Breite der Leitung und des Resonators gleich der doppelten Dicke des Substrats. Die Messungen werden mit einer Frequenz von maximal 1 GHz durchgeführt.

Literatur

1. Mikroelektronische Mikrowellengeräte (unter der Herausgeberschaft von G. I. Vasiliev). - M.: Höhere Schule, 1986.
2. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Mikrowellenfilter, Anpassungsschaltungen und Kommunikationsschaltungen. Bände 1 und 2. - M.: Kommunikation, 1972.
3. Fusco V. Mikrowellenschaltungen. Analyse und computergestütztes Design. - M.: Radio und Kommunikation, 1990.
4. Handbuch zur Berechnung und Konstruktion von Mikrowellen-Streifengeräten (herausgegeben von V. I. Volman). - M.: Radio und Kommunikation, 1982.

Autor: O.Soldatov, Taschkent, Usbekistan

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