Ознакомление с результатами линейного и электромагнитного моделирования синтезируемого фильтра различных реализаций на подложках. Анализ линий передач и способов реализации микрополоскового фильтра нижних частот. Изучение сведений о линиях передачи.
С возросшим уровнем интеграции значительно повысилась производительность электронных схем и снизились минимальные размеры электронных компонентов: технология изготовления КМОП транзисторов достигла отметки десяти нанометров. Одним из важнейших направлений развития СВЧ электроники являются различного рода фильтрующие структуры, применяемые в трактах радиоприемных устройствах и радиотехнических средствах измерений (анализаторы сигналов, сканирующие приемники). Проектирование фильтров на элементах с распределенными параметрами является достаточно сложным процессом, в котором присутствуют сложные математические расчеты. В ходе анализа научно-технической литературы [2], [3], [4] было выявлено, что на русском языке присутствуют методические указания, использующие только ступенчатую реализацию фильтра нижних частот. Соответственно, при проведении лабораторных практикумов с физическим изготовлением схем, студенты должны иметь представление об особенностях различных реализаций фильтра и исходя из этого определять, каким способом лучше всего реализовать структуру фильтра по заданным условиям, включая габаритные размеры (для проверки разработанного устройства на приборе Обзор-304/1, работающий на частотах до 3 ГГЦ).Линия передачи в электродинамике является система тел, обеспечивающая перенос энергии электромагнитного поля в определенном направлении. Волна, распространяющаяся в линии передачи, называется направляемой волной. Ее поле должно удовлетворять уравнениям Максвелла, а также условиям, задаваемым структурой линии передачи. Таким образом направляемые волны разделяют на четыре класса [2]: · ТЕМ-волны (англ. На практике, волны такого типа в линиях передачи не применяют.Сигнал беспрепятственно пропускается в заданной полосе частот и подавляется вне этой полосы. Полоса частот с малым ослаблением называется полосой пропускания или полоса прозрачности. Полоса частот с большим ослаблением называется полосой заграждения. Зависимость вносимого фильтром ослабления L от его частоты f называется амплитудно-частотной характеристикой фильтра (АЧХ). В идеальном фильтре ослабление в полосе пропускания равно нулю и стремится к бесконечности в полосе заграждения.Наиболее удобный способ реализации широкополосных фильтров, работающих в СВЧ диапазоне, является построение их из отрезков микрополосковых линий, который выполняют роль элементов цепей со сосредоточенными параметрами. Если длинна линии относительно мала и требования к точности расчета невысоки, то такой отрезок можно представить соответствующим реактивным элементом. Например, отрезок линии с высоким импедансом, нагруженный с обоих концов отрезками с относительно низким значением импеданса, можно заменить эквивалентной схемой с последовательно подключенной индуктивностью [7]. Аналогичным образом, отрезок с низким импедансом, нагруженный с обоих концов линиями с высоким импедансом, эквивалентен последовательно подключенному конденсатору.2, представляет собой последовательно каскадируемые чередующиеся структуры микрополосковых линий с высоким и низким импедансом. Линия с высоким импедансом ведет себя как последовательно подключенная катушка индуктивности, а линия с низким импедансом - как параллельно подключенный конденсатор [5]. Данная структура фильтра реализует типичную схему лестничного фильтра нижних частот (Рис. Выражения для определения индуктивности и емкости шлейфов зависят от характеристического сопротивления и длины линии передачи.В общем виде фильтр на оптимальных шлейфах представляется в виде каскада коротких шлейфов с четвертьволновыми связями.В данном типе фильтра в качестве участков с низким импедансом используются радиальные шлейфы. Использование радиального шлейфа, в отличии от обычного отрезка микрополоска позволяет уменьшить вносимые потери в полосе пропускания и получить более компактную структуру фильтра.Были проанализированы преимущества и недостатки различных реализаций СВЧ фильтров нижних частот. Реализация на радиальных шлейфах имеет наиболее компактные габариты, однако наиболее трудоемка при проектировании ввиду сложного строения топологии.При изготовлении СВЧ микросхем важную роль играет чистота обработки поверхности диэлектрических материалов, поскольку с увеличением неоднородности поверхности происходит увеличение потерь энергии при передаче. Органические основы изготавливаются из неполярных полимеров, таких как фторопласт, полиэтилен, полипропилен, и полярных полимеров - полистирол, полифениленоксид, а также их сополимеры. В процессе изготовления материалов на органической основе для направленного изменения определенных физико-технических параметров их подвергают армированию, наполнению и другим видам модификаций.
План
Оглавление
Сокращения
Введение
1. Линии передачи и способы реализации микрополоскового фильтра нижних частот
1.1 Общие сведения о линиях передачи
1.2 Общие сведения о СВЧ фильтрах
1.3 Методы реализации распределенных параметров
1.4 Ступенчатый фильтр нижних частот на замкнутых шлейфах
1.5 Фильтр нижних частот на оптимальных шлейфах
1.6 Фильтр нижних частот на радиальных шлейфах
Выводы по главе 1
2. Используемые материалы в СВЧ-технике
2.1 Выбор материала диэлектрического основания
2.2 Выбор материала микрополосковых линий и металлических оснований
Выводы по главе 2
3. Разработка ступенчатого микрополоскового фильтра нижних частот
