На 1 страницу

         

Диаграмма Смита

  Touchstone

MMICAD

MMICAD LAYOUT

  Microwave Office

 LIBRA

Aplac

Sonnet

HFSS

 

Serenade

 

Harmonica

 

MOMENTUM

 

Microwave Explorer

 

Series IV

Уравнения Максвелла  

Ряды Вольтерра  

  Метод моментов

  Динамический диапазон

  Мощность насыщения

Шумы  

 

 

Лабораторная работа №7

 

СИНТЕЗ ТОПОЛОГИИ СВЧ ФИЛЬТРА НА ПРОГРАММЕ MMICAD

 

Цель работы:
Выполнить синтез топологии и анализ характеристик СВЧ фильтра.

Домашнее задание:

Рассчитать элементы низкочастотного прототипа фильтра, реализованного по Баттерворту и по Чебышеву.

Табл. 7.1.Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

Вариант фильтра

L2

H2

B6

B7

B8

S2

B8

S3

Физическая реализация фильтра

НЧ на отрез-ках МПЛ

ВЧ на шлейфах и емкостях.

ПФ на резонаторах

ПФ шлейфный

ПФ ступенчатый

ПФ на параллельных связанных линиях

ПФ ступенчатый

ПФ шлейфный

Количество звеньев

3

5

3

5

3

3

5

5

Нижняя частота ПП, ГГц

 

1

6

8

4.50

4.950

2

10

Наивысшая частота ПП, ГГц

5

 

8

10

5.50

5.050

3

16

Неравномер-ность AЧХ, Am

0.1 дБ

0.1 дБ

0.1 дБ

0.2 дБ

0.2 дБ

0.5 дБ

0.5 дБ

1 дБ

Z0, Ом

50

50

50

50

50

50

50

50

e подложки

2.2

9.8

2.2

4

9.8

2.2

4

9.8

Частота среза низкочастотного прототипа рассчитывается по формуле:

для фильтра верхних частот

, где - нижняя круговая частота пропускания

заданного ФВЧ,

 

для фильтра нижних частот

, где - верхняя круговая частота пропускания

заданного ФНЧ,

для полосового фильтра

, где , - верхняя и нижняя круговые граничные частоты фильтра.

Задание в лаборатории:

 

  1. С помощью программы MMICAD SYNTESIS рассчитать низкочастотный прототип фильтра, заданного в ДЗ. Для реализации фильтра по Баттерворту положить Am=0, по Чебышеву - Am согласно ДЗ.
  2. На этой же программе рассчитать элементы фильтра в микрополосковом исполнении.
  3. Рассчитать частотные характеристики фильтра на программе MMICAD.
  4. Получить топологию фильтра на программе MMICAD Layout. Перевести топологию в растровый файл.

 

Теоретическое введение

 

Последовательность расчета фильтра

    1. Реализация фильтра, использущего баттервортовскую аппроксимацию

Рис.7.1. Схемы лестничных LC- цепей для нечетных и четных n. n - порядок цепи, равный количеству элементов фильтра.

 

 

Для случая R1=R2 имеем следующие формулы для элементов низкочастотного прототипа фильтра

; (7.1)

, (7.2)

где – опорное сопротивление (50 Ом),

– частота среза низкочастотного прототипа фильтра,

,

n – порядок цепи,

m – номер элемента лестничной цепи, m=1,2,...n/2.

 

  1. Элементы фильтра, реализованного по Чебышеву для случая R1=R2.

. (7.3)

Значения других элементов вычисляются по рекуррентным формулам:

, (7.4)

 

, для m=1,2,... n/2, (7.5)

, (7.6)

, (7.7)

. (7.8)

Здесь d - коэффициент пульсаций, причем d находится из соотношения

, (7.9)

где Am - заданная неравномерность частотной характеристики.

 

Контрольные вопросы

  1. Дайте определение параметрического, структурного и топологического синтеза.
  2. Как перейти от низкочастотного прототипа фильтра к реальной конструкции?
  3. Чем отличаются фильтры, реализованные по Баттерворту и по Чебышеву: по структуре, по частотной характеристике, по величинам элементов.
  4. Поясните принцип декомпозиции СВЧ структуры.
  5. Чем определяется широкополосность фильтра?
  6. Как теоретически перейти от низкочастотного прототипа к схеме заданного в ДЗ фильтра?
  7. Как параметры подложки влияют на физические размеры фильтра и почему?
  8. Вы проектируете полосовой фильтр с предельно малой полосой пропускания. Чем будет ограничена полоса частот?
  9. Вы проектируете фильтр с наиболее широкой полосой рабочих частот. Чем будет ограничена предельная полоса пропускания?
  10. Напишите связь между коэффициентом прямой передачи фильтра без потерь и коэффициентом стоячей волны на входе.

Литература

  1. Богачев В.М.. Синтез цепей связи для широкополосных усилителей. М.: МЭИ, 1980, 100 стр.
  2. Вай Кайчэнь. Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей. М.: “Связь”, 288 стр.
  3. Курушин А.А., Петров А.С. Проектирование СВЧ устройств с помощью MMICAD.М., МГИЭМ, 1999.-182 с.

 

 

 

Приложение 1

Последовательность работы на MMICAD SYNTESIS

  1. Запустите программу MMICAD.
  2. Активизируйте главное меню программы MMICAD (кнопкой Show/Hide на баре).
  3. В меню “Link” выберите и запустите программу MMICAD Syntesis.
  4. Выберите из списка синтезируемых фильтров фильтр типа L1 (Lumped Element Low Pass)- низкочастотный прототип фильтра, и нажмите OK.

Вы попадаете в программу SYNTESIS, которая работает под DOS.

Рис. 7.2. Интерфейс программы SYNTHESIS

Выполняя последовательно все команды меню, введите исходные данные

(команда А); получите значения LC низкочастотного прототипа (команда D). Введите частотный диапазон (меню Response).

Данные о разбросе величин компонентов (меню “Cmpnts”).

Шаг проектирования

Ввод данных

Расчет

1

Проектирование

(Design)

N - порядок фильтра, от 2 до 15

Am - неравномерность, в дБ. Если положить Am=0, то характеристика Баттерворда,

F0 - центральная частота, МГц

BW - полоса частот и т.д.

Опорное сопротивление Z0 и т.д.

2

Частоты анализа (Response)

Fstart, Fstop, Fstep

 

3

Топология (Layout)

Er - диэлектрическая проницаемость, H - толщина подложки,

и т.д.

Размер схемы

4

Mask - создание маски

Filter size - размер фильтра

Координаты топологии

5

Анализ

Разброс параметров, температурный анализ

Файлы анализа

В меню “Analysis” выберите команду А1. Задайте имя вашего схемного файла и нажмите “Y” (Yes). После небольшой паузы программа SYNTESIS завершит работу и вернется в программу MMICAD с листингом для анализа частотных характеристик проектируемого фильтра.

Выберите режим “Анализ” (верхняя кнопка на баре) и получите характеристики. Вернитесь в редактор MMICAD и при желании измените программу.

Сгенерированный текст программы анализа НЧ фильтра

! for

! Lumped Element Lowpass Filter

GLOBAL

DIM FREQ=1.0E9 RES=1.0 CAP=1.0E-12 IND=1.0E-9 LNG=25.4E-6

!FILE

!VAR

! L's: Nom.

! C's: Nom.

CKT

! N= 5 Am= .10 dB Fc= 100.0 MHz

CAPQ 1 0 C= 36.5 Q= 1000. F= .100 MOD=1

INDQ 1 3 L= 109.1 Q= 1000. F= .100 MOD=1

CAPQ 3 0 C= 62.9 Q= 1000. F= .100 MOD=1

INDQ 3 5 L= 109.1 Q= 1000. F= .100 MOD=1

CAPQ 5 0 C= 36.5 Q= 1000. F= .100 MOD=1

DEF2P 1 5 LELPF

FREQ

SWEEP .010 .200 .010

!PARAM

!OPT

TERM

Z0= 50.0

OUT

LELPF DB[S11] FILTER

LELPF DB[S21] FILTER

GRID

FILTER .010 .200 -40 0

MARKER

STEP .100

! LABEL

! Add Label

Рис.7.3. Характеристики НЧ фильтра с частотой среза 100 МГц

5. Выйдите из программы MMICAD Syntesis командой Quit.

  1. Снова войдите в программу MMICAD Syntesis и выберите фильтр в микрополосковом исполнении, согласно варианту ДЗ.
  2. Последовательно слева направо вводите всех параметры фильтра, аналогично расчету низкочастотного прототипа.

 

Приложение 2

Получение топологии на программе MMICAD Layout.

Если, при запуске программы MMICAD SYNTESIS, вы поставили галочку в диалоге выбора типа фильтра, в окне “Layout”, то в меню MMICAD SYNTESIS вы получаете запрос на запуск файла с расширением .dxf для запуска MMICAD Layout. После записи этого файла автоматически запускается программа обработки топологий Layout.

Если Вы находитесь в редакторе MMICAD, то у Вас имеется возможность получить и вывести на экран топологию следующим образом:

  1. Из Главного меню (Link) программы MMICAD запустите программу Layout with Netlist.
  2. В ответ на запрос выберите имя файла топологии.
  3. В меню Netlist программы Layout выберите команду “New Drawing from Netlist” . После нажатия этой команды и небольшой паузы нажмите третью кнопку слева на инструментарии. При этом появится диалог выбора всех ячеек в библиотеке вашей схемы, в которой находятся все возможные элементы из библиотеки Layout и имя собранной схемы, указанной в файле с расширением ckt. Нажмите эту кнопку и получите топологию Вашей схемы.
  4. Подберите размер топологии схемы (кнопками на баре “+” и “–” и нажмите кнопку PrintScrin на клавиатуре для перевода чертежа в клипборд.
  5. Перейдите в графический редактор и через клипборд получите топологию. Выведите топологию на принтер.

 

 

 

 

 

 

 

 

Если Вы хотите получить полное описание программы на русском языке, пошлите e-mail по адресу kurushin@mail.ru.
© 2000 СВЧ проектирование
Последняя модификация: июня 22, 2000