Российский УКВ портал
Главная arrow Статьи arrow Аппаратура arrow Как спроектировать микрополосковый фильтр в Microwave Office


Как спроектировать микрополосковый фильтр в Microwave Office

 Версия в формате PDF Версия для печати
Автор UN9GW Игорь   
Четверг, 26 Октябрь 2006

Как спроектировать микрополосковый фильтр в Microwave Office.

  • Фильтры, как и другие пассивные микрополосковые элементы в MWO можно создать двумя способами – ввиде схемы, с последующим переносом на “фольгу”, и при помощи EM-структуры. Первый способ проще и допускает программную оптимизацию геометрических размеров конструкции для достижения необходимых характеристик. Во-втором случае фильтр создаётся “как есть”, т.е. нанесением виртуальной фольги на материал подложки. В этом случае несколько сложнее изменять геометрию элементов, однако в завершении работы получается чертёж, который без особого труда можно перенести на реальный материал. Описание этого способа приведено ниже.
  • Для проектирования фильтра ввиде ЕМ-структуры в MWO необходимо выполнить несколько действий.
    1. Создать новый проект: File->New project
    2. Создать непосредственно ЕМ-структуру: Project->Add EM Structure-> New EM Structure
    При этом задаётся имя новой структуры, например “BPF”, и тип симулятора. По умолчанию “AWR EMSight Simulator ” – так и оставим. Нажимаем “Create”.
    3. Задать размеры и параметры подложки. Для этого в дереве проекта выбираем “Enclosure”. В открывшемся окне есть несколько закладок, значения в которых определяют размеры и параметры материала.
  • А. На первой закладке нужно установить размеры подложки по длине и ширине, а также размеры сетки, на которую разбивается подложка при моделировании и анализе. Задавать очень мелкую сетку не следует, т.к. это хоть и увеличивает точность вычислений, однако значительно увеличивает время вычислений независимо от мощности компьютера. Уменьшать размеры сетки имеет смысл при окончательной доводке структуры, когда вся “черновая” работа уже выполнена и определены размеры структуры (фильтра, в данном случае).
    В. На второй закладке определяются параметры непосредственно материала подложки и границы экрана – расстояние от полосков до проводящей поверхности. На странице три раздела. Поскольку разрабатывается обычный микрополосковый фильтр на двустороннем материале, то необходимо задать параметры среды, находящиеся под микрополосковой линией и над ней. Над линией в данном случае находится воздух (указывается либо “Free Space”, либо “Air”), диэл. проницаемостью =1 и потерями =0. В этом же разделе нужно указать непостедственно параметры подложки, т.е. стеклотекстолита или фторопласта – материала, из которого будет изготовлен фильтр – это второй, нижний слой структуры. Нажав кнопку “Add” можно выбрать необходимый материал из предлагаемого списка, либо, если известны параметры имеющегося материала, просто заполнить вручную соответствующие графы. В следующем разделе нужно указать параметры проводящей среды, т.е. самих проводников (медь, золото и т.д.). Это тоже можно сделать вручную, либо выбрать из предлагаемого списка. Последний, третий раздел можно не заполнять, т.к. он дублирует предидущий только в виде иных величин.
    С. На третьей закладке распределение слоёв в структуре. Верхний слой – воздух. Также нужно указать толщину этого слоя, т.е. расстояние до проводящего экрана. Обычно 10мм вполне достаточно для большинства проектов, а также из соображений конструктивной реализуемости и необходимой достаточности. Нижний – стеклотекстолит или фторопласт – материал, определённый в предидущем разделе, и его толщина. В нижней части этого раздела имеются две графы – “Top Boundary” и “Bottom Boundary” – это те среды, верхняя и нижняя соответственно, в которые заключена структура. Поросту говоря, материал экрана, в который заключён фильтр. Значения можно оставить по умолчанию – “Perfect Conductor” (материал с идеальной проводимостью).
    D. На четвёртой закладке указывается материал проводников и его толщина. В данном случае материал – это медь, а толщина реального материала измеряется микрометром и значение заносится в соответствующий раздел – “Thickness”.
  • На этом предварительная подготовка к проектированию заканчивается. Любой из параметров можно скорректировать в любое время.
  • Далее в окне ЕМ-структуры (“BPF”), на подготовленной подложке нужно создать топологию фильтра. Здесь вариантов может быть огромное количество, всё зависит от необходимых электрических параметров разрабатываемого фильтра, ограничений в допустимых габаритах, его конструктивной реализуемости и т.д. Для примера выберем простой двухрезонаторный шпилечный (SIH) фильтр. Чтобы определить ширину полосок из которых будет создаваться топология, нужно с помощью вложенной программы “TxLine” под имеющийся материал определить волновое сопротивление линии на нужной частоте. Обычно, в большинстве случаев для материала FR4 толщиной 1мм ширина полоска получается около 2,5мм (для 50 Ом). Естественно, этот параметр можно менять, но в разумных пределах, т.к. он влияет на полосу пропускания фильтра, потери и должен быть реализуем при изготовлении.
  • При изготовлении подобных конструкций в домашних условиях и недостаточном практическом опыте приходится идти на компромисс между реализуемостью и потерями, однако в любительских условиях вполне реально изготовление “на коленке” устройств до 5,6ГГц включительно. Далее нужны более глубокие знания в понимании процессов СВЧ и значительный опыт и навыки в из создании.
    После того как определена ширина полоска можно приступить к созданию топологии. Создание топологии ничем не отличается от обычного рисования, поэтому описывать каждый шаг нет необходимости. Процесс этот ведётся при помощи панели инструментов “EM Layout Draw Tools” и не представляет особого труда. После создания топологии самого фильтра к нему необходимо подключить порты (вх./вых). Для этого к крайним резонаторам подводим линии, соединяющие резонаторы и край подложки. Далее поочерёдно выделяя эти линии нужно к каждой присоединить порт “Add Edge Port”. После этого проект нужно сохранить. Очень желательно каждый проект сохранять в отдельной папке под понятными именами и вне директории с установленной программой.
    На следующем шаге нужно определить частоту или в данном случае диапазон частот, в котором будет производится анализ структуры и добавить графики для отображения неоюходимых параметров. Задание частот пректирования делается следующим образом: в меню “Options”->”Project options” нужно установить единицу измерения частоты “MHz” либо “GHz”, затем заполнить значения начальной и конечной частоты анализа, а также шаг сканирования и нажать “Apply”.
  • Не следует выбирать слишком широкий диапазон частот анализа, а также слишком малый шаг – это приводит к неоправданно большому времени анализа. К примеру, для фильтра, разрабатываемого на диапазон 1296МГц вполне достаточно задать диапазон частот 1000-1500МГц, с шагом 50МГц. В дальнейшем, при окончательной доводке частоты и шаг можно изменить. Теперь остаётся добавить графики, определить необходимые параметры для отображения и провести анализ структуры. Количество и тип графиков зависит целесообразности контролировать те или иные параметры конструкции при разработке. По личному опыту при разработке фильтра вполне достаточно трёх графиков, отображающих полосу пропускания фильтра, импеданс входа/выхода и КСВ вх./вых. Для их добавления в проект нужно в меню выбрать пункт “Project”->”Add Graph”. Проделать эту операцию нужно трижды, но в окошке “Create Graph” для двух графиков нужно задать имена “BPF” (для отображения полосы пропускания) и “VSWR” (отображающий КСВ), выбрать тип “Rectangular”. Третий график – “ZIN” (импеданс), тип “Smith Chart” (диаграмма Смита). Теперь, когда графики созданы их значки появились в дереве проекта (в левом вертикальном окне проекта).
  • Для добавления необходимых измерений нужно, выбрав соответствующий график в дереве проекта нажать на его значке правой кнопкой мышки и выбрать пункт “Add Measurement” (добавить измерение). Для графика “BPF” в открывшемся окне выбираем “Data Source Name”(источник данных)->”BPF”, “Meas. Type”->”Linear”->”Port Parameters”, “Measurement”->”S”, “To Port Index”->”2”, “From Port Index”->”1”, “Complex Modifier”->”Mag”->”dB”.
  • Для графика “VSWR”: источник данных тот же, “Meas. Type”->”Linear”, “Measurement”->”VSWR”, “Port Index”->”1”, повторить для “Port Index”->”2”, “dB”-указывать не нужно.
    Для третьего графика “ZIN”: источник данных тот же, “Meas. Type”->”Linear”, “Measurement”->”ZIN”, “Port Index”->”1”, повторить для “Port Index”->”2”, “Complex Modifier”->”Mag”.
    После сохранения проекта нужно запустить анализ – “Simulate”->”Analyze”. На графиках будут отображены начальные характеристики фильтра. Теперь изменением топологии, длины, ширины, точек подключения портов нужно добиться необходимых результатов.
    Всё о чем здесь написано есть и в хелпе к программе и в литературе. Написано это для начального ознакомления с работой в программе на вполне конкретном примере. Программа достаточно универсальная, однако в ней тяжело считать объёмные структуры, для этих целей лучше подходит HFSS. Существует огромное множество программ для моделирования и рассчёта р/технических цепей и конструкций, однако признанных мировых лидеров не много – это Microwave Office, HFSS, Microwave Studio, IE3D (разработка антенн), Feko и некоторые из последних NEC. Лучшей при разработке любых объёмных структур, в том числе антенн любых конструкций считается HFSS.
    • Последнее обновление ( Среда, 07 Апрель 2010 )
     

    У Вас недостаточно прав для добавления комментариев.
    Возможно, Вам необходимо зарегистрироваться на сайте.