42967

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВОГО ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ НА ОСНОВЕ МИКРОПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Целью работы является проектирование фильтра нижних частот на основе микрополосковой линии определение продольных и поперечных величин всех его элементов. Основной задачей будет нахождение наиболее оптимальной модели фильтра...

Русский

2013-11-01

107.64 KB

10 чел.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)  

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ

КАФЕДРА  РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ  ЭЛЕКТРОНИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

На тему:

КОМПЬЮТЕРНОЕ  ПРОЕКТИРОВАНИЕ  

МИКРОВОЛНОВОГО  ФИЛЬТРА  НИЖНИХ  ЧАСТОТ

НА  ОСНОВЕ  МИКРОПОЛОСКОВОЙ  ЛИНИИ

Выполнил Оценка 

студент гр.  №  0201  Проверил

Галкин А.С.                                    Янкевич В.Б.

Дата _______________________

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012 г.

Содержание

  1.  Введение…………………………………………………………………………………3
  2.  Цель работы……………………………………………………………………………..3
  3.  Задание…………………………………………………………………………………...4
  4.  Алгоритм моделирования……………………………………….………………………5
  5.  Этапы проектирования ФНЧ…………………………………….……………………...6
  6.  Основные параметры МПЛ………………………………….………………………….7
  7.  Анализ результатов проектирования…………………………………….…………8-13
  8.  Расчет и оценка потерь в фильтре………………………………………….…………14
  9.  Расчет параметров микросборки……………………………………………………...14
  10.  Заключение……………………………….…………………………………………….14
  11.  Список литературы……………………………………………….……………………15

  1.  Введение

В курсовой работе предлагается решение задачи синтеза.  В случае проектирования (синтеза) устройства заданными считаются его выходной параметр Y, входной Х, а искомыми все параметры Xk. Тогда, при известном уравнении, связывающем параметры Y и X с параметрами Xk, задача синтеза формулируется следующим образом:

( Xk,  k = 1, 2,...,n)= ( Y,  Х ).

Задача синтеза называется обратной и имеет множество решений, поскольку  теоретически множество различных комбинаций Xk может обеспечивать при заданномX требуемый параметр Y. Однако на практике из всего множества теоретических решений необходимо выбрать единственное - физически реализуемое, а это означает, что физически реализуемыми должны быть все искомые параметры Xk(они не могут быть любыми). Следовательно, при определении Xk на них должны быть наложены ограничения или так называемые условия физической реализуемости. Например, часть синтезируемых (рассчитываемых) параметров Xk не может быть больше или меньше наперед заданных значений. В то же время, ряд искомых параметров может выбираться исходя из опыта или просто из соображений здравого смысла. В этом случае общее число искомых параметров уменьшается, что упрощает решение задачи. Накладываемые на Xk ограничения позволяют синтезировать устройство с оптимальными параметрами  в соответствии со сформулированными критериями оптимальности, например: минимальными массогабаритными характеристиками, минимальной стоимостью и т. д., при условии, что физически реализованное (изготовленное) устройство будет обеспечивать заданный выходной параметр Y с требуемой точностью. Таким образом, теоретическая задача синтеза на практике формулируется как задача оптимального проектирования.

  1.  Цель работы

Целью работы является проектирование фильтра нижних частот на основе микрополосковой линии (определение продольных и поперечных величин всех его элементов). Основной задачей будет нахождение наиболее оптимальной модели фильтра, удовлетворяющего заданным характеристикам (задача синтеза).

  1.  Задание

Тип амплитудно-частотной характеристики (АЧХ): максимально-плоская характеристика

fП,ГГц

fЗ,ГГц

AП,дБ

AЗ,дБ

Z0,Ом

3

3,2

2,5

27

75

Рис.1 Заданная АЧХ

Коэффициент прямоугольности заданной АЧХ:

  1.  Алгоритм моделирования

В качестве основного инструмента используется специальная учебная программа SILFIL.

На первом этапе проектирования рассчитываются число элементов фильтра n и все ( k = 1, 2,...,n ) схемыпрототипа, реализующие заданную АЧХ. Схема-прототип – это замена реальной структуры ее эквивалентной схемой с сосредоточенными параметрами. Такая замена возможна, поскольку в реальной структуре имеет место пространственное разделение электрического и магнитного полей. В продольнооднородной МПЛ с неизменной по длине линии шириной W полоска электромагнитное поле также продольнооднородно, т. е. пространственного разделения электрического и магнитного полей не происходит. Таким образом, каждый из указанных отрезков МПЛ эквивалентен соответственно индуктивности или емкости схемыпрототипа, отмеченным на рис.2 в виде так называемых обобщенных нормированных параметров (проводимостей) , k = 1,2,...,n. По этим параметрам можно осуществить обратное преобразование с целью реализации в виде отрезков МПЛ с искомыми значениями Wв(Zв) и Wн(Zн).

Рис.2 Фильтр-прототип

  1.  Этапы проектирования СВЧ ФНЧ на основе МПЛ
  2.  Сначала выбираются параметры подложки. Желательно выбрать диэлектрик с возможно более высоким значением εr, а высота h подложки влияет на механическую прочность в процессе изготовления, сборки и эксплуатации фильтра. Также критерием параметров εr и h является условие одноволнового режима, которое можно трактовать как  fЗ  < fc1.
  3.  Подбор ширины элементов фильтра Wв и Wн производится их подбором с учетом возможности реализации фильтра при уже рассчитанных параметров схемы-прототипа.
  4.  Анализ полученных моделей фильтров, удовлетворяющих заданным требованиям. При выборе наилучшего варианта целесообразно руководствоваться такими критериями, как технологичность конструкции ( простота изготовления, в частности возможно большие значения Wв и h, минимальный разброс длин lR элементов), минимальная стоимость (минимальные массогабаритные характеристики, в частности возможно меньшее число элементов n и общая длина l фильтра).
  5.  Расчет потерь в смоделированном фильтре.
  6.  На заключительном этапе – этапе конструирования, т.е. подготовки конструкторско-технологической документации на изготовление микросборки законченного микроволнового узла, содержащего спроектированный фильтр, используется универсальная программа Компас 3D.

  1.  Основные параметры МПЛ

Woширина проводящего полоска;

Wв – ширина высокоомного полоска;

Wн ширина низкоомного полоска;

li  - длина i-го элемента;

lсуммарная длина всех элементов;

l0 – длина подводящего полоска;

εr – диэлектрическая проницаемость подложки;

hвысота подложки;

t – толщина полоска;

σМе – проводимость материала полоска.

Картина поля в поперечном сечении МПЛ

  1.  Анализ результатов проектирования

В процессе проектирования я обнаружил нереализуемость фильтра, при заданных параметрах, поэтому я решил изменить само задание, а именно уменьшил fП до 2,9 ГГц, что не повлекло за собой ухудшение функциональности фильтра. При Ап = 2.5 фильтр реализуется в нескольких вариантах. Ввиду схожих технологических параметров и экономических затрат, я выбрал три варианта фильтра, отличающиеся, главным образом, суммарной длинной всех элементов, чтобы заказчик выбрал наиболее подходящий для использования в тех или иных условиях вариант.

Схема 1

ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.

ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :

Тип АЧХ ................................... : МПХ

Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) :  2.90

Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) :  3.20

Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... :  2.50

Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 27.00

Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом)  : 75.0

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :

Относит. диэл. проницаемость подложки ..... :  9.60

Высота подложки, (мм) ..................... :  1.50

Количество элементов фильтра .............. : 33

Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 179.7

Волнов. сопрот. низкоомного  элемента, (Ом) : 47.8

ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

Ширина  подводящих  полосков, (мм) ........ : 0.559

Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.010

Ширина  низкоомного элемента, (мм) ........ : 1.510

ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

1  - 0.26  мм  2  - 0.12  мм  3  - 1.16  мм  4  - 1.43  мм  

5  - 1.86  мм  6  - 2.68  мм  7  - 2.52  мм  8  - 3.79  мм  

9  - 3.11  мм  10 - 4.73  мм  11 - 3.61  мм  12 - 5.46  мм  

13 - 3.99  мм  14 - 5.96  мм  15 - 4.24  мм  16 - 6.21  мм  

17 - 4.32  мм  18 - 6.21  мм  19 - 4.24  мм  20 - 5.96  мм  

21 - 3.99  мм  22 - 5.46  мм  23 - 3.61  мм  24 - 4.73  мм  

25 - 3.11  мм  26 - 3.79  мм  27 - 2.52  мм  28 - 2.68  мм  

29 - 1.86  мм  30 - 1.43  мм  31 - 1.16  мм  32 - 0.12  мм  

33 - 0.26  мм  

Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... : 106.544

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :

Тангенс угла диэл. потерь подложки,   ..... : 0.0001

Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 5.80*10E7

Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.010

На частоте 2.9 ГГц общие потери 0.0652 дБ, из них

      в полоске фильтра,  (дБ) ........... : 0.0589

      в подложке фильтра, (дБ) ........... : 0.0063

      на излучение,       (дБ) ........... : 0.0000

Рис.3 АЧХ схемы 1

Схема 2

ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.

ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :

Тип АЧХ ................................... : МПХ

Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) :  2.90

Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) :  3.20

Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... :  2.50

Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 27.00

Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом)  : 75.0

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :

Относит. диэл. проницаемость подложки ..... : 12.00

Высота подложки, (мм) ..................... :  2.00

Количество элементов фильтра .............. : 33

Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 152.6

Волнов. сопрот. низкоомного  элемента, (Ом) : 56.5

ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

Ширина  подводящих  полосков, (мм) ........ : 0.542

Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.020

Ширина  низкоомного элемента, (мм) ........ : 1.200

ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

1  - 0.27  мм  2  - 0.13  мм  3  - 1.15  мм  4  - 1.51  мм  

5  - 1.74  мм  6  - 2.85  мм  7  - 2.29  мм  8  - 4.04  мм  

9  - 2.79  мм  10 - 5.04  мм  11 - 3.21  мм  12 - 5.82  мм  

13 - 3.53  мм  14 - 6.36  мм  15 - 3.74  мм  16 - 6.63  мм  

17 - 3.81  мм  18 - 6.63  мм  19 - 3.74  мм  20 - 6.36  мм  

21 - 3.53  мм  22 - 5.82  мм  23 - 3.21  мм  24 - 5.04  мм  

25 - 2.79  мм  26 - 4.04  мм  27 - 2.29  мм  28 - 2.85  мм  

29 - 1.74  мм  30 - 1.51  мм  31 - 1.15  мм  32 - 0.13  мм  

33 - 0.27  мм  

Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... : 105.984

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :

Тангенс угла диэл. потерь подложки,   ..... : 0.0001

Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 5.80*10E7

Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.020

На частоте 2.9 ГГц общие потери 0.0482 дБ, из них

      в полоске фильтра,  (дБ) ........... : 0.0412

      в подложке фильтра, (дБ) ........... : 0.0070

      на излучение,       (дБ) ........... : 0.0000

Схема 3

ПРОТОКОЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФНЧ на МПЛ.

ИСХОДНОЕ ЗАДАНИЕ :

Тип АЧХ ................................... : МПХ

Граничная частота полосы пропускания, (ГГц) :  2.90

Граничная частота полосы заграждения, (ГГц) :  3.20

Затухание в полосе пропускания, (дБ) ...... :  2.50

Затухание в полосе заграждения, (дБ) ...... : 27.00

Волновое сопрот. подводящих полосков, (Ом)  : 75.0

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ :

Относит. диэл. проницаемость подложки ..... : 14.00

Высота подложки, (мм) ..................... :  1.50

Количество элементов фильтра .............. : 33

Волнов. сопрот. высокоомного элемента, (Ом) : 150.9

Волнов. сопрот. низкоомного  элемента, (Ом) : 50.3

ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

Ширина  подводящих  полосков, (мм) ........ : 0.320

Ширина высокоомного элемента, (мм) ........ : 0.010

Ширина  низкоомного элемента, (мм) ........ : 1.000

ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЛЬТРА :

1  - 0.26  мм  2  - 0.11  мм  3  - 1.16  мм  4  - 1.21  мм  

5  - 1.84  мм  6  - 2.27  мм  7  - 2.49  мм  8  - 3.20  мм  

9  - 3.09  мм  10 - 3.99  мм  11 - 3.61  мм  12 - 4.60  мм  

13 - 4.02  мм  14 - 5.01  мм  15 - 4.29  мм  16 - 5.21  мм  

17 - 4.38  мм  18 - 5.21  мм  19 - 4.29  мм  20 - 5.01  мм  

21 - 4.02  мм  22 - 4.60  мм  23 - 3.61  мм  24 - 3.99  мм  

25 - 3.09  мм  26 - 3.20  мм  27 - 2.49  мм  28 - 2.27  мм  

29 - 1.84  мм  30 - 1.21  мм  31 - 1.16  мм  32 - 0.11  мм  

33 - 0.26  мм  

Суммарная длина элементов фильтра, (мм) ... :  97.098

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПОТЕРЬ В ФИЛЬТРЕ :

Тангенс угла диэл. потерь подложки,   ..... : 0.0001

Обьемная проводимость полоска,(1/(Ом*М))... : 5.80*10E7

Толщина полоска, (мм) ..................... : 0.010

На частоте 2.9 ГГц общие потери 0.0672 дБ, из них

      в полоске фильтра,  (дБ) ........... : 0.0602

      в подложке фильтра, (дБ) ........... : 0.0070

      на излучение,       (дБ) ........... : 0.0000

  1.   Список литературы

1. Тихомиров В.Г., Янкевич В.Б. Модернизация учебного программного средства “SILFIL” // Вопросы исследования электронных приборов и устройств. СПб., 1996. С.50-55. (Изв. ГЭТУ. Вып. 494).

2. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств

/ Под. ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь, 1982.

3. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ : Учеб. пособие / Под ред. А.Д. Григорьева; ЛЭТИ. Л., 1987.

4. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т.1. М.: Связь, 1971.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35974. Молодые Платформы 47 KB
  имеют складчатое основание палеозойского и частично позднедокембрийского возраста. В некоторых из них главная складчатость происходила в середине палеозоя эту складчатость называют КАЛЕДОНСКОЙ по старинному названию части Шотландии Каледонии где она проявилась очень отчетливо перед девоном а созданные ею складчатые структуры и пояса называют КАЛЕДОНИДАМИ. Наряду с ними есть еще более молодые складчатые области геосинклинальное развитие которых продолжалось не только в палеозое но и в течение большей части мезозоя и завершилось лишь...
35976. Экономическая классификация природных ресурсов 46 KB
  Классификация природных ресурсов по происхождению. При строгом контроле за соблюдением этих норм истощения лесных ресурсов не происходит. Каждый ландшафт или природнотерриториальный комплекс обладает определенным набором разнообразных видов природных ресурсов.