Цель работы
Цель работы заключается в изучении методики проектирования полосовых фильтров СВЧ на полосковых элементах путем разработки фильтра с заданными параметрами.
Техническое задание
Синтезировать полосовой фильтр в соответствии с параметрами, указанными в таблице 1. Выполнить сквозное проектирование фильтра в программе Microwave Office.
Таблица 1 – Параметры для выполнения лабораторной работы.
| Тип фильтра | Частота пропускания, МГц | Частота подавления, МГц | Затухание в полосе подавления | Сопротивление подводящих линий | Центральная частота, МГц | H, мм | 
| 
|
| Чебышева | 1,5 | 9,6 | 0,1 |
Таким образом, имеем нижнюю граничную частоту равную 2150 МГц и верхнюю граничную частоту 2850 МГц. Верхняя и нижняя частоты среза соответственно равны 1800 МГц и 3200 МГц.
Расчет аналогового прототипа ФНЧ
Во вкладке Global Definitions занесем начальные данные и произведем расчет параметров сосредоточенных элементов.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Теперь необходимо перейти к ненормированным величинам. Конкретные величины элементов в схеме фильтра рассчитываем через g-параметры, учитывая, что 
(8)
(9)
(10)
На рисунке 1 показана АЧХ ФНЧ прототипа.
Рисунок 1 – АЧХ ФНЧ-прототипа
Расчет параметров отрезков фильтра
Рассчитаем сопротивление отрезков линии в инверторах 
и 
.
(11)
(12)
(13)
Зададим значение коэффициента инверсии K. Пусть K = .
Рассчитаем волновые сопротивления для четного и нечетного типов волн в связанных линиях.
(14)
(15)
Рассчитаем относительную ширину полосок и расстояние между ними в связанных линиях.
(23)
(24)
(25)
(25)
(26)
(27)
Отсюда 
, 
мм
Рассчитаем ширину полосок и длину отрезков линий. Длина каждого из отрезков равна четверти длины волны в линии передачи (рис. 3). Длина волны в линии передачи 
здесь f - центральная частота. Ширина подводящих линий определяется их сопротивлением, ширина инвертора W - его сопротивлением .
(28)
W(Zв)=0,29 мм, W(ZвВ)=0,06 мм, W(Zвl)=0,1 мм, W(Zв0)=0,51 мм.
Построение фильтра прототипа на полосковых элементах
Построим фильтр прототип на полосковых элементах с указанными параметрами. Схема оптимизированного фильтра отображена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Трехмерное изображение оптимизированной топологии
График АЧХ и коэффициента отражения ихображен на рисунке 3.
Рисунок 3 – АЧХ и коэффициент отражения фильтра прототипа на полосковых элементах
ФЧХ модели представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – ФЧХ фильтра прототипа на полосковых элементах
Построение электромагнитной структуры фильтра
Построим электромагнитную модель по параметрам, полученным в результате проектирования полоскового фильтра. Предварительно зададим материал подложки и габариты фильтра. Затем установим порты для подвода входного сигнала. Полученная модель представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Топология электромагнитной структуры
На рисунке 6 изображен АЧХ и коэффициент отражения ЭМ структуры.
Рисунок 6 – АЧХ и коэффициент отражения ЭМ структуры
ФЧХ модели представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 – ФЧХ ЭМ структуры
Вывод
В ходе выполнения данной лабораторной работы было выполнено проектирование полоскового фильтра:
