ПРОЕКТИРОВНИЕ ПОЛОСНОПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ФАЗОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ

February 8, 2013 by admin Комментировать »

Кондратенко А. В., Шевляков М. Л. НПФ Микран г. Томск, Вершинина, д.47, 634034, Россия Тел.: +7(3822) 413403, e-mail: alkon@micran.ru

Аннотация – Рассмотрена методика проектирования полоснопропускающих фильтров СВЧ и оптимизации их конструктивных параметров с целью достижения требуемых технологических и массогабаритных показателей. Приведены конструкции разработанных фильтров.

I.                                       Введение

в настоящее время частотно-селективные устройства (фильтры, мультиллексеры) являются неотъемлемой составной частью любой системы связи. При этом в связи с возрастанием сложности новых систем требования к электрическим, эксллуатационным характеристикам, а также массогабаритным локазателям устройств частотной селекции лостоянно ужесточаются. Соответственно усложняется лроцесс разработки, возникают различные трудности лри ислользовании традиционных лодходов к лроектированию [1, 2].

В докладе рассматривается методика лроектиро- вания лолоснолролускающих фильтров (ППФ) СВЧ и олтимизации их конструктивных лараметров с целью достижения технологических и массогабаритных ло- казателей, удовлетворяющих лоставленным требованиям.

II.                              Основная часть

На лрактике часто встречаются ситуации, когда наряду с требованиями к характеристикам затухания и отражения выдвигаются жесткие требования к технологичности изготовления и (или) габаритным размерам фильтров. При этом лриходиться лрибегать к ислользованию «нестандартных» конструкций (толо- логий), характеризуемых наличием дололнительных неоднородностей. В качестве таких неоднородностей могут выстулать различные диафрагмы, ислользуе- мые в качестве элементов связи резонаторов, лово- роты и изгибы толологии лолосковых фильтров, а также нелостоянность волнового солротивления резонаторов ло всей их длине. Очевидно, что лримени- тельно к расчету фильтров с лодобными конструктивными особенностями классические методы расчета будут обладать низкой точностью, лоскольку не учитываются различные «дололнительные» неоднородности и ларазитные связи. Решением данной лроблемы может являться коррекция значений геометрических размеров, лолученных на начальном этале расчета фильтра, с ломощью электродинамического моделирования конструкции.

Ислользование «нестандартных» конструкций фильтров для удовлетворения требованиям технологичности изготовления и минимизации габаритных размеров лриводит к тому, что теряется однозначность лерехода от эквивалентной схемы, обладающей требуемыми электрическими характеристиками к конструктивной реализации. В таком случае лри электродинамическом моделировании необходимо корректировать, как лравило, всю конструкцию (то- лологию). Очевидно, что трудоемкость и временные затраты на решение данной задачи возрастают с увеличением лорядка фильтра, лоскольку увеличивается количество варьируемых леременных в модели. При этом снижается стелень контроля влияния каждого из лараметров в отдельности на результирующие электрические характеристики фильтра, что в свою очередь лриводит к увеличению избыточных итераций расчета.

Исключение лодобных неолределенностей моделирования возможно лри осуществлении лерехода от комллексной настройки всех элементов ППФ к ло- следовательному рассмотрению каждого резонатора в отдельности и его связи с лредыдущим. Такой лод- ход лозволяет сократить количество одновременно варьируемых лараметров до минимума (как лравило, до двух или трех лараметров). Одной из реализаций данного лодхода является оценка характеристик затухания и отражения фильтра косвенным лутем ло характеристике груллового времени задержки (ГВЗ) отраженного сигнала. Для ППФ с лолосой лролуска- ния (ПП) ωι…ω2ΓΒ3 отраженного сигнала может быть найдено через значения элементов эквивалентной схемы или значения элементов фильтра- лрототила (gi… g„) [3]. Для лоследнего случая можно залисать следующее выражение:

где ζο(5’„(®)) – фазовая характеристика отраженного сигнала фильтра-лрототила; й)^- частота для фильтра-лрототила; й)„- центральная частота ПП;

ω^ – нижняя граничная частота ПП; й>2- верхняя граничная частота ПП.

Зная значения элементов фильтра-лрототила, можно олределить значение ГВЗ на центральной частоте Τίΐι(ωο) для входного резонатора лри условии короткого замыкания (КЗ) или холостого хода (XX) в некотором сечении фильтра, находящимся лосле резонатора. В данном случае схема фильтра- лрототила вырождается в схему, содержащую только лервый элемент gi. На следующем этале олределя- ется значение Td2(wo) для двух лоследовательных резонаторов лри условии КЗ или XX в сечении фильтра лосле второго резонатора. Соответствующая схема лрототила уже будет включать два элемента gi, дг. Данная лроцедура ловторяется для требуемого количества резонаторов.

Моделируя режим КЗ или XX в лрограмме электродинамического анализа, можно довольно быстро лроизводить коррекцию геометрических размеров конструкции фильтра, включающей в себя различные неоднородности в виде диафрагм, изгибов, ло- воротов толологии и т. д. В данном случае условиями соответствия характеристик затухания и отражения требуемым (олределяемым фильтром-лрототи- пом) будут симметричность характеристик ГВЗ для каждой совокупности резонаторов относительно центральной частоты настройки фильтра ωοπ равенство значений ГВЗ на центральной частоте требуемым величинам {Τ^ιι(ωο), Td2(ωo)… Td1n(ωo)}.

В качестве примера применения данной методики проектирования приведем несколько фильтров, реализованных в различных частотных диапазонах.

На рис. 1 представлена модель конструкции гребенчатого ППФ на коаксиальных резонаторах с переменным волновым сопротивлением.

Рис. 1. Модель конструкции гребенчатого ППФ Fig. 1. Combline filter model

Подобное конструктивное решение позволяет отказаться от фрезерованных полостей сложной формы, что в свою очередь существенно удешевляет изделие. В качестве канала используется круглое отверстие, в котором при помощи несложной оснастки монтируются резонаторы, а так же запитывающие цепи. После сборки устройства технологические отверстия по торцам корпуса закрываются крышками.

На рис. 2 представлена конструкция гребенчатого ППФ, реализованного на основе коаксиальных резонаторов квадратного сечения.

Puc. 2. Конструкция гребенчатого ППФ на коаксиальных резонаторах

Fig. 2. Combline filter realized using coaxial resonators

Сворачивание конструкции позволяет добиться минимизации массогабаритных показателей изделия, но при этом усложняет операцию расчета. Применение квадратного сечения резонаторов, в отличие от классического круглого, позволяет упростить операцию фрезерования, что приводит к удешевлению устройства.

На рис. 3 представлена конструкция ППФ на диэлектрических резонаторах (ДР) дисковой формы.

Рис. 3. Конструкция ППФ на ДР Fig. 3. Dielectric resonator bandpass filter

Классическая конструкция, построенная в канале прямоугольного сечения, в данном случае дополнена диафрагмами, ограничивающими связь между резонаторами. Такое решение позволяет сократить расстояние между резонаторами и как следствие – уменьшить массогабаритные показатели изделия.

III.                                  Заключение

Рассмотренная методика оценки характеристик затухания и отражения применима не только для моделирования фильтров, но и для их реальной настройки. Условием применимости является наличие векторного анализатора цепей и возможность создания режима КЗ или XX в нужном сечении фильтра. К примеру, режим КЗ может быть реализован в гребенчатых фильтрах на коаксиальных резонаторах путем замыкания резонаторов подстроечными винтами в крышке фильтра. В свою очередь режим XX может быть реализован в фильтрах на ДР путем установления в корпус только нужного количества резонаторов на данном этапе настройки и последующего их добавления.

IV.                          Список литературы

[1]  г. л. Маттей, П. Янг, Е. М. Т. Джонс. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т.1. Перевод с англ. под общей ред. Л. В. Алексеева и Ф. В. Куницына. – М.: «Связь», 1971.

[2]  Ю. М. Безбородов, Т. Н. Нарытник, В. Б. Федоров. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. – К.: Тэхника, 1989. – 184 с.

[3]  J. В. Ness. «А unified approach to the design, measurement, and tuning of coupied-resonator filters», IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46, pp. 343-351, April 1998.

BANDPASS FILTERS DESIGN ON THE BASIS OF PHASE CHARACTERISTIC OF REFLECTION FACTOR

Kondratenko A. V., Shevliakov M. L.

MICRAN Co.

47, Vershinina, Tomsk, 634034, Russia Ph.: +7(3822) 413403, e-mail: alkon@micran.ru

Abstract – The technique of design bandpass filters and optimization of their design factors is considered. Structures of the developed filters have been considered as an example.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты