ingeneering_design/ИДРЭС-1181-35-Шишков-Отчет-02.docx

Минобрнауки России

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

кафедра РЭС

Отчет

по практической работе № 2

по дисциплине «Инженерный дизайн РЭС»

Тема: ОЭП № 4

Студент гр. 1181	_______________	Шишков Д. А.
Преподаватель	_______________	Нестеров А. В.

Санкт-Петербург

2025

Проектирование СВЧ-фильтра

Расчет ширины полоскового элемента

Значения параметров СВЧ-материала IS680-280-0,508-18/18 фирмы Isola, используемые при расчетах приведены в табл. 1.

Таблица

Базовая толщина (h), мм	Толщина меди (t), мкм	εr (f = 10 ГГц)	tan δ
0,508	18	2,80±0,05	0,003

Параметр A рассчитывается следующим образом:

где Z₀ – волновое сопротивление, = 50 Ом.

Так как параметр A ≤ 1,52, используется следующая формула:

,

где параметр B определяется выражением:

.

Тогда:

Расчет порядка ПФ

Порядок фильтра выбирается исходя из требуемого ослабления на заданных частотах:

• F_C− = 5,15 ГГц – нижняя частота полосы пропускания;

• F_C+ = 5,5 ГГц – верхняя частота полосы пропускания;

• F_S− = 4,85 ГГц – нижняя частота помехи;

• F_S+ = 5,85 ГГц – верхняя частота помехи;

• a_S− = 30 дБ – ослабление нижней частоты помехи;

• a_S+ = 30 дБ – ослабление верхней частоты помехи.

Затухание в полосе пропускания ПФ: .

Полоса пропускания фильтра: W_C = F_C+ − F_C− = 5,5 – 5,15 = 0,35 ГГц.

Ширина полосы задержания по левой помехе:

W_S– = 2(F₀ – F_S–) = 2(5,325 – 4,85) = 0,95 ГГц.

Ширина полосы задержания по правой помехе:

W_S+ = 2(F_S+ – F₀) = 2(5,85 – 5,325) = 1,05 ГГц.

Им соответствуют две АЧХ, изображенные на рис. 1.

Рисунок

Порядок ПФ вычисляется как наибольшее значение из порядков фильтров 1 и 2 с рис. 1.

Уровням затухания a_C, a_S– и a_S+ соответствуют функции рабочего затухания, рассчитываемые нижеприведенным образом:

;

;

.

С их помощью вычисляются порядки фильтров Баттерворта с АЧХ соответствующие требованиям по ослаблению помехи в области верхней и нижней частот:

;

.

n_ф– > n_ф+, поэтому порядок фильтра n_ф = 4.

Так как проектируется фильтр на связанных линиях, он будет состоять из (n_ф + 1) каскадно-соединенных звеньев.

Расчет эффективной диэлектрической проницаемости

Относительная эффективная диэлектрическая проницаемость линии определяется по следующей формуле:

.

Расчет четверти длины волны

Четверть длины волны в микрополосковой линии (МПЛ) выражается так: .

Рисунок схемы ПФ

В программе AWR Design Environment собрана схема ПФ, чье изображение приведено на рис. 2.

Рисунок

В результате ручной и автоматизированной оптимизации были подобраны следующие параметры: W1 = 0,8 мм; W2 = 1,8 мм; W3 = 1,5 мм; L = 9 мм; S1 = 0,2 мм; S2 = 0,4 мм; S3 = 0,8 мм.

Результаты статистического анализа

Считая, что диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε_r равномерно распределена вокруг базового значения 2,8 с отклонением ∆ε_r = 0,05, а его толщина вокруг 0,508 с отклонением 10 %, производится статистический анализ. Он помогает оценить влияние изменения этих параметров на АЧХ ПФ.

На графике на рис. 3 черная линия соответствует базовым значениям, а серые максимальным отклонениям в обе стороны.

Рисунок

Рисунок

Рисунок

Аналогично на рис. 4 приведен график, полученный в результате статистического анализа влияния разброса размеров проводящего рисунка (ширин, длин полосковых элементов и зазоров между ними). Считается, что они равномерно распределены вокруг базовых значений из пп. 1.5 с отклонением 0.05 мм.

На рис. 5 изображен график, отражающий суммарное влияние разброса параметров материала и проводящего рисунка.

Выводы по результатам статистического анализа

Разброс параметров материала в большей степени влияет на ширину полосы пропускания фильтра. Разброс параметров рисунка в большей степени влияет на форму АЧХ фильтра. Например, видно сильное проседание посередине полосы пропускания. На графике, полученном при анализе их суммарного влияния в значительной степени видны оба вида искажений.

Для всех случаев видно, что при заданном разбросе параметров перестают выполняться требования к АЧХ ПФ.

Предложения по уменьшению разброса в АЧХ

Если при моделировании структуры МПЛ имеется образец фольгированного диэлектрика на базе которого будет изготавливаться изделие, можно уточнить значение диэлектрической проницаемости по нижеприведенному выражению, полученному из формулы плоского конденсатора, измерив его емкость:

,

где S – площадь пластины, м², d – расстояние между пластинами, м, ε₀ – электрическая постоянная, = 8,85 Ф/м.

Можно найти производителя, обеспечивающего больший класс точности ПП. В таком случае предельные отклонения размеров проводящего рисунка будут меньше.

Результат электромагнитного моделирования

На рис. 6 приведен график АЧХ, полученный в результате электромагнитного моделирования в сравнении с таковым, полученным при линейном моделировании.

Рисунок

Параметры топологии ПФ

При электромагнитном моделировании АЧХ удовлетворяет условиям, поэтому коррекция не требуется. Поэтому в таблице 2 приведен только один столбец с данными.

Таблица

Параметр	Значение, мм
W1	0,8
W2	1,8
W3	1,5
L	9
S1	0,2
S2	0,4
S3	0,8

Рисунок 3D-модели ПФ

На рис. 7 приведена 3D-модель полосового фильтра, полученного по итогу данного этапа проектирования.

Рисунок