Berechnung des Frequenzgangs schmalbandiger Mikrowellenfilter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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In der Zeitschrift „Radio“ erschien 2003 ein Artikel [1] über die Berechnung eines Streifenleitungs-Mikrowellenfilters mit dem Computerprogramm BPF-PP. Funkamateure, die es in ihr Berechnungsprogrammalbum aufgenommen haben, können es mit dem vorgeschlagenen Block ergänzen, der zusammen mit dem BPF-PP-Programm nicht nur die Bestimmung der physikalischen Abmessungen der Designelemente eines Schmalbandfilters ermöglicht, sondern auch auch um die Frequenzabhängigkeiten der Transmissions- und Reflexionskoeffizienten zu analysieren.

Zur besseren Lesbarkeit der Berechnungsergebnisse werden diese in Form von Grafiken auf dem Monitorbildschirm angezeigt, anhand derer leicht beurteilt werden kann, welche Änderungen an den Ausgangsinformationen vorgenommen werden müssen. Die mit Hilfe dieses Programms erzielten Ergebnisse ermöglichen es, bereits vor der Herstellung des Filters das Material für die Mikrostreifenstruktur besser auszuwählen und es korrekt in das Gerät zu „passen“, für das es vorgesehen ist.

Damit das Programm funktioniert, müssen Sie zunächst im ersten BPF-PP-Block die Zeilennummer 495 eingeben, die die Informationen zum Werkstückmaterial ergänzt. Es sieht aus wie das:

495 INPUT „Verlusttangente des Substratdielektrikums tg*e ="; TGD:TGD=TGD/10000.

Der zusätzliche Block zur Berechnung der Filtereigenschaften enthält Informationen zur Kupferfolie, die für die allermeisten Fälle ausreichend sind, bei Bedarf jedoch Änderungen vorgenommen werden können. In der Referenzliteratur wird in der Regel der Wert des Verlustfaktors angegeben, der der Einfachheit halber um das 10000-fache überschätzt wird, was in Zeile 495 berücksichtigt wird.

Als nächstes fügen Sie das BPF-PP-Programm und den zusätzlichen Programmblock aus Zeile 830 zu einem Ganzen zusammen. Es empfiehlt sich, den Namen des „zusammengefügten“ Programms beispielsweise in BPF-PPGR zu ändern, wobei die Buchstaben GR Sie daran erinnern, dass es auch grafisches Material präsentiert.

Lassen Sie uns nun als Beispiel Filterberechnungen für zwei verschiedene Folienmaterialien durchführen.

Geben wir die Filterparameter ein (Dezimalkommas werden wie üblich durch Punkte ersetzt):

Filterreihenfolge <2-9>? vier
Filter Typ-? T
Lastwiderstand RN, Ohm? fünfzig
Bandbreitenbegrenzungen, GHz:
Oberer, höher ? 2.8
Niedriger ? 2.4

Als nächstes zeigt das Programm die Zentralfrequenz des Durchlassbereichs auf dem Bildschirm an: F0 = 2.592296 GHz.

Die erste Option wird auf Basis eines mit Epoxidharz gefüllten Folien-Glasfaserlaminats hergestellt:

Foliendicke, t, mm? 0.05
Substratdicke h, mm ?
Dielektrizitätskonstante E? 4.8
Verlustfaktor des Substratdielektrikums tg*e4=? 250

Das Programm führt Berechnungen für fünfzig Frequenzwerte durch, die innerhalb des Durchlassbereichs liegen, und für fünfundzwanzig Werte auf jeder Steigung der Frequenzeigenschaften, die es mit einer Meldung auf dem Bildschirm zur Anzeige anbietet:

Kartenansicht: Kn - '1' eingeben; km(log)-'2'; Gvh-'Z'.

Das Kn-Diagramm zeigt den Frequenzgang der Spannungsverstärkung. Sein Aussehen stimmt mit dem überein, was wir auf dem Kurvencharakter-Bildschirm gewohnt sind, wenn wir einen Detektorkopf mit linearer Charakteristik verwenden. Das Km-Diagramm ist eine logarithmische Abhängigkeit des Leistungsübertragungskoeffizienten von der Frequenz. Und das letzte Diagramm – Gin – zeigt den Leistungsreflexionskoeffizienten vom Filtereingang. Ein ähnliches Bild (wie eine Hülle) kann beobachtet werden, wenn Sie einen Filter über ein Reflektometer an einen Wobbelfrequenzgenerator (SWG) anschließen.

Wenn die Programmblöcke richtig „zusammengefügt“ sind, erscheinen die in Abb. 1 gezeigten Diagramme auf dem Bildschirm. 3-XNUMX. Sie zeigen die Berechnungsergebnisse für die erste Option an – für Glasfaser.

(zum Vergrößern klicken)

Für die zweite Version des Filters - basierend auf dem FLAN-Material - stellen wir vor:

Foliendicke t, mm? 0.05

Substratdicke h mm ? 2

Dielektrizitätskonstante E? 3.8

Verlustfaktor des Substratdielektrikums tg*e4=? 12

Als Ergebnis der Berechnung erhalten wir drei weitere Diagramme - Abb. 4-6.

Der Vergleich der entsprechenden Diagramme beider Optionen zeigt deutlich, dass der Einsatz von foliertem Glasfaserlaminat auf Epoxidharzbasis in diesem Frequenzbereich zu schlechten Ergebnissen führt. Bei höheren Frequenzen und geringeren Bandbreiten werden die Parameter noch schlechter. Die große Signaldämpfung ist auf den geringen Qualitätsfaktor der Filterresonatoren zurückzuführen – weniger als 40 (Q<1/tg6), weshalb der Aufbau eines Filters mit zufriedenstellenden Eigenschaften aus diesem Material viel Arbeit erfordern wird.

Das vorgeschlagene Programm bietet das Minimum dessen, was zum Erstellen eines Mikrowellenfilters erforderlich ist. Wer es verbessern möchte, dem kann angeboten werden, einen Block zu erstellen, der Änderungen an den Parametern der Wechselrichter JY(k,k+1) vorsieht, beispielsweise durch Änderungen an den Werten der Koeffizienten A(k) , A(k+1) usw., um zu bestimmen, welche akzeptabler sind.

Sie sollten die Frequenzbandbreite der Filterantwortanalyse nicht erweitern, da das entsprechende Modell nur im Durchlassbereich und in kleinen angrenzenden Bereichen gilt. Außerdem sollte dieses Programm nicht für Frequenzen über 5...6 GHz verwendet werden, da sich die Breite von Mikrostreifenresonatoren an die Länge anpasst und Fehler aufgrund der Randeffektzunahme auftreten, die hier auf einfachste Weise berücksichtigt werden.

Vernetztes Programm BPF-PPGR

Literatur

1. Soldatov O. Berechnung von Streifenmikrowellenfiltern. - Radio, 2003, Nr. 6, p. 29, 30.
2. Mikroelektronische Mikrowellengeräte (unter der Herausgeberschaft von G. I. Vasiliev). - M.: Höhere Schule, 1986.
3. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Mikrowellenfilter, Anpassungsschaltungen und Kommunikationsschaltungen, Bd. 1 und 2. - M.: Kommunikation, 1972.
4. Fusco V. Mikrowellenschaltungen. Analyse und computergestütztes Design. - M.: Radio und Kommunikation, 1990.
5. Hanzel G. Handbuch des Filterdesigns. - M: Sowjetisches Radio, 1974.
6. Handbuch zur Berechnung und Konstruktion von Mikrowellen-Streifengeräten (herausgegeben von V. P. Volman). - M.: Radio und Kommunikation, 1982.

Autor: O.Soldatov, Taschkent, Usbekistan

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