Диапазонные полосовые фильтры. Схема ДПФ для трансиверов,
радиоприёмников прямого преобразования, SDR-приёмников и супергетеродинов
Начнём с конца:
На транзисторах Т1 и Т2 разной проводимости выполнен двухтактный эмиттерный повторитель, он же – выходной каскад устройства ДПФ. Такое построение выходного каскада, с одной стороны, позволяет обеспечить высокое значение динамического диапазона (ДД) при работе на 50-омную нагрузку, с другой – гарантировать относительно постоянную нагрузку для диапазонных фильтров. Величина сопротивления этой «относительно постоянной» нагрузки вычисляется как параллельное соединение входного импеданса транзисторного каскада и соединённого с его входом резистора R3.
При указанных на схеме номиналах эта величина составляет ~ 430. 500 Ом.
Исходя из этой величины (можно выбрать 470 Ом), и следует далее рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров.
Уход в фильтрах от 50-омной схемотехники позволяет завалить двух мух одной мухобойкой: снизить требования к параметрам катушек, входящих в состав фильтров, и обратить свой взор в сторону китайских дроссельков, а ещё – поиметь усиление входного сигнала за счёт применения на входе повышающего трансформатора Tr1.
Причём, этот трансформатор, обладающий коэффициентом трансформации 3 по напряжению (9 по сопротивлению), нам необходим по-любому, так как именно он призван согласовать импеданс антенны (в идеале 50 Ом) с характеристическими сопротивлениями фильтров.
Но как сказал классик: «Совершенство идеала – в его изъяне!». Именно поэтому в данном устройстве для оптимального согласования ДПФ: как со всякого рода суррогатными антеннами произвольного импеданса, так и с любыми другими антеннами, включая полноразмерные, в схему добавлен переменный резистор R2. Его положение выбирается по наилучшему соотношению «сигнал-шум» на выходе приемника. Помимо этого, резистор R2 выполняет функцию простейшего, пусть и не совсем «правильного», но достаточно эффективного аттенюатора.
Входной трансформатор изготовлен на кольце из феррита с проницаемостью 600. 2000 в строгом соответствии со справочным пособием Э. Рэда. Он содержит 3 одинаковые обмотки по 6. 10 витков, выполненных обмоточным проводом 0,3. 0,5 мм, которые следует наматывать одновременно 3-мя слегка скрученными проводами (около 3 скруток на сантиметр), после чего соединить между собой согласно схеме, приведённой на Рис.1. Индуктивность каждой обмотки должна составлять 30. 50 мкГн, а количество витков можно рассчитать в любой онлайн программе.
Если же антенна представляет собой «телескоп», короткий штырь или относительно недлинный кусок провода (всё это обладает высоким активным сопротивлением), то для более-менее нормального согласования с фильтрами её следует подключать, минуя трансформатор, как это показано на Рис.1 синим цветом. Как показали измерения, шунтирующего действия резистора R1 в этом случае оказывается вполне достаточным для сохранения АЧХ полосовых фильтров.
Расчёт полосовых фильтров следует производить с помощью калькулятора (ссылка на таблицу).
В качестве переключателя диапазонов вполне можно использовать и механические устройства, и диоды шоттки, и электронные ключи, но куда правильнее для этих целей будет задействовать радиочастотные реле с замыканием неиспользуемых фильтров на землю.
Приведём результаты расчётов.
| Диапазон (МГц) | L1 (мкГн) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | С1 (пФ) | С2 (пФ) | С3 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 10,5 | 107 | 10,5 | 569 | 56 | 569 |
| 2,50 — 3,70 | 7,2 | 71 | 7,2 | 380 | 38,5 | 380 |
| 3,70 — 5,60 | 5,1 | 45 | 5,1 | 240 | 27,2 | 240 |
| 5,60 — 8,10 | 3 | 34 | 3 | 182 | 16,3 | 182 |
| 8,10 — 12,1 | 2,3 | 21,3 | 2,3 | 114 | 12,1 | 114 |
| 12,1 — 18,2 | 1,54 | 14 | 1,54 | 75 | 8,2 | 75 |
| 18,2 — 30,0 | 1,2 | 7,2 | 1,2 | 39 | 6,4 | 39 |
Представленные диапазонные фильтры полностью перекрывают КВ диапазон и при оптимальном согласовании обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона не более 1 дБ и крутизну спада вне полосы пропускания – 43 дБ/октаву.
Теперь, что касается владельцев SDR-ов и приёмников прямого преобразования. Для них важен параметр подавления паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. Приведу эти цифры для SSB радиолюбительских диапазонов.
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 40-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 30-метровый | 50 | 65 | 74 |
| 20-метровый | 47 | 63 | 72 |
| 15-метровый | 40 | 56 | 65 |
| 10-метровый | 50 | 65 | 74 |
С учётом того, что и сам смеситель обеспечивает меньший уровень передачи гармониковых сигналов децибел на 10-15, в принципе, получается приличное подавление.
Правда для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными – им подавай как минимум 80 дБ.
Ну так ведь и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка.
Рис.2 Схема полосовых LC-фильтров для ДПФ
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другой таблицы (ссылка на таблицу).
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6, С6_1 (пФ) | С7 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 37,6 | 40,2 | 37,6 | 235 | 357 | 235 |
| 2,50 — 3,70 | 25,4 | 27,2 | 25,4 | 159 | 241 | 159 |
| 3,70 — 5,60 | 16,8 | 18 | 16,8 | 105 | 160 | 105 |
| 5,60 — 8,10 | 11,6 | 12,4 | 11,6 | 73 | 110 | 73 |
| 8,10 — 12,1 | 7,8 | 8,3 | 7,8 | 49 | 74 | 49 |
| 12,1 — 18,2 | 5,2 | 5,5 | 5,2 | 32 | 49 | 32 |
| 18,2 — 30,0 | 3,1 | 3,4 | 3,1 | 20 | 30 | 20 |
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 40-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 30-метровый | 86 | 118 | 140 |
| 20-метровый | 83 | 115 | 136 |
| 15-метровый | 76 | 108 | 129 |
| 10-метровый | 86 | 118 | 140 |
Если и этого мало – прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра (ссылка на таблицу).
Теперь, что касается элементов.
Если нет особого желания ковыряться с подстроечными конденсаторами и высокочастотным АЧХ-метром, рекомендую обзавестись недорогим китайским измерителем емкостей и индуктивностей и подобрать номиналы элементов в фильтрах с точностью 3-5%. Параллельные и последовательные соединения никак не возбраняются.
Настройка схемы сводится к установке тока покоя выходных транзисторов на уровне 15мА. Делается это подбором резистора R5.
Проект «Селенит». Часть 3: Диапазонный полосовой фильтр
На заре зарождения радиотехники безмятежный покой мирового эфира нарушался, разве что, электромагнитными волнами, порождёнными грозовыми разрядами. Современный эфир такой безмятежностью уже не обладает, он наполнен огромным количеством сигналов, как естественного, как и искусственного происхождения.
Радиоприёму на любительских КВ-диапазонах мешает буквально вся городская среда: базовые станции сотовой связи, мощные лампы уличного освещения, соседние компьютеры, гаджеты и т.д. Ослабить влияние внеполосных помех на полезный сигнал помогает применение в радиоаппаратуре связи диапазонных полосовых фильтров.
- Проект «Селенит». Часть 1: Побуждение к действию
- Проект «Селенит». Часть 2: Квадратурный смеситель
- Проект «Селенит». Часть 3: Диапазонный полосовой фильтр ← Вы здесь
- Проект «Селенит». Часть 4: Квадратурный гетеродин
- Проект «Селенит». Часть 5: Контроллер, встроенное ПО и квадратурный модулятор
- Проект «Селенит». Часть 6: Финализация
▍ Блок диапазонных полосовых фильтров трансивера
Схема блока диапазонных полосовых фильтров (ДПФ) трансивера Selenite Lite приведена на рисунке ниже:
Правая часть схемы содержит четыре полосовых октавных фильтра Баттерворта третьего порядка с полосами пропускания 1.5…4, 4…8, 8…16 и 16…32 МГц. «Октавными» они называются по причине того, что «перекрывают» диапазон в «одну октаву», т.к. нижняя частота среза у них в два раза меньше верхней. Переключатель диапазонных фильтров в левой части схемы собран на двух половинках мультиплексора-демультиплексора SN74CBTLV3253PW. Для обеспечения работы микросхемы с аналоговыми сигналами на «общие» выводы переключателей 1A и 2A подано напряжение смещения, равное половине напряжения питания.
Правильно собранный из рекомендованных компонентов ДПФ не требует настройки и имеет АЧХ как на рисунке ниже с вариациями в пределах допуска компонентов:
Отметим, что на рисунке выше заметно ослабление сигнала в полосе пропускания фильтров на 3 дБ.
▍ Блок ДПФ приёмника Softrock Ensemble II RX
За основу блока ДПФ разработанного в рамках проекта трансивера взята схема полосового фильтра «высокочастотной» версии приёмника Softrock Ensemble II RX, приведённая на рисунке ниже.
Схема «прототипа» тоже содержит четыре полосовых октавных фильтра Баттерворта третьего порядка с полосами пропускания 1.5…4, 4…8, 8…16 и 16…32 МГц, но выглядит несколько сложней. Блок ДПФ приёмника гальванически развязан от антенны, «половинки» FST3253 в переключателе диапазонных фильтров включены «в параллель» для снижения переходного сопротивления открытых каналов, напряжение смещения подаётся через обмотки трансформаторов, а на входах двух «низкочастотных» фильтров включены аттенюаторы.
Аттенюаторы нужны для комфортной работы на «шумных» низкочастотных диапазонах без снижения чувствительности приёмника. В трансивере Selenite Lite эта задача решена по-другому: если в приёмнике Softrock Ensemble II RX предусилитель в схеме Тэйло имеет коэффициент передачи k = 50, то в трансивере Selenite Lite коэффициент передачи этой схемы k = 10, а «недостающие децибелы» можно компенсировать настройками усиления входных цепей кодека.
▍ Конструкция блока ДПФ трансивера Selenite Lite
Принципиальное отличие блока ДПФ разработанного трансивера от аналогичных решений заключается в том, что он полностью собран на SMD-компонентах и не содержит моточных изделий. На фото ниже представлены фрагменты лежащих рядом плат трансивера Selenite Lite (слева) и SDR-приёмника Softrock Ensemble II RX (справа):
Зоны размещения ДПФ на платах обведены красным. Любой, кто мотал катушки индуктивности на «тороидах», особенно, на Т25 и мельче, согласится, что потеря 3 дБ для фильтра на SMD-компонентах – ничто, по сравнению с трудоёмкостью изготовления и монтажа «намотанных» катушек.
Подытожим: трансивер Selenite Lite работает в диапазоне частот от 1500 кГц до 30 МГц и «перекрывает» без разрывов девять любительских (десять, если считать неразрешённый в РФ диапазон 60 м), 14 вещательных КВ-диапазонов и диапазон СиБи (CB), но имеет в составе только четыре диапазонных полосовых фильтра.
▍ Сам себе полосовой фильтр
Применение четырёх «октавных» фильтров вместо гораздо большего количества «диапазонных» стало возможным исключительно из-за особенностей применённого в трансивере смесителя.
Dan Tayloe в своей статье [2] отмечал, что одним из достоинств его схемы является возможность создания высокодобротного полосового фильтра, полоса пропускания которого определяется ёмкостью применённых в схеме конденсаторов и сопротивлением цепи между этими конденсаторами и источником сигнала.
Эквивалентная схема одного канала коммутации схемы Тэйло приведена в [2] на рисунке 4. Сопротивление цепи между источником сигнала и конденсатором C1 складывается из эквивалентного сопротивления выхода диапазонного полосового фильтра Rsys, сопротивления резистора между ДПФ и смесителем R и переходного сопротивления канала микросхемы мультиплексора-демультиплексора Rs.
В «классической» схеме Тэйло каждый из конденсаторов подключается к источнику сигнала на протяжении четверти цикла. В «двойной» схеме с балансным трансформатором на входе каждый конденсатор подключается к источнику сигнала на протяжении половины цикла, и в этом случае частоту среза такого «переключаемого интегратора» можно вычислить по формуле:
Недостатком схемы Тэйло являются ярко выраженные на АЧХ смесителя резонансы на нечётных гармониках принимаемого сигнала, о чём также упоминает в своей публикации и Г.П. Петин. Для фильтрации нечётных гармоник вполне достаточно и «октавного» фильтра, что мы и имеем в рассматриваемой конструкции.
Возможность применения совместно со смесителями по схеме Тэйло простых полосовых октавных фильтров определяется высокой стойкостью этих смесителей к внеполосным помехам, обусловленной их фильтрующими свойствами. Простой блок ДПФ – это, несомненно, второй «плюс» применения в трансивере схемы Тэйло.
▍ Идеальных фильтров не бывает…
Теперь о недостатках совместного использования рассматриваемого блока ДПФ и смесителя по схеме Тэйло. Они неочевидны, но они есть, и нивелировать влияние этих недостатков на работу трансивера, как раз и призваны «лишние» компоненты в схеме смесителя: R19, R20, C41, C42, R27, R28, C43, C44.
Сначала обратимся к фильтрующим свойствам смесителя. Частоту среза фильтра НЧ в этой схеме при Rs = 4 Ом можно высчитать по формуле:
В своей публикации Dan Tayloe при расчёте полосы пропускания по эквивалентной схеме полагает сопротивление цепи между ДПФ и конденсатором, равным нулю, а выходное сопротивление ДПФ Rsys равным 50 Ом. И это в нашем случае неверно.
Применённые в разработке «октавные» фильтры имеют достаточно большую полосу пропускания, и их входное и выходное сопротивление в этой полосе не всегда равно расчётному. Измерить реальное значение выходного сопротивления фильтра можно, например, с помощью радиолюбительского векторного анализатора nanoVNA, что и было сделано на испытаниях всех четырёх плат установочной партии трансивера.
Результаты испытаний показали, что АЧХ фильтров на всех платах практически идентичны, а «разбег» значений выходного сопротивления фильтров на частотах любительских диапазонов достаточно значительный: от 32 до 110 Ом. Особенно не «повезло» в этом плане диапазонам 80 и 160 м, на которых сужение полосы пропускания за счёт высокого выходного сопротивления фильтра было заметно на панорамном индикаторе невооружённым глазом.
▍ …проверено на практике
В результате длительных экспериментов было принято решение уменьшить сопротивление резисторов R19 и R20 до 10 Ом, расширив полосу пропускания смесителя до значения 92 кГц на диапазонах 80 и 160 м. При этом, естественно, полосу пропускания на других диапазонах потребовалось каким-то образом «сузить».
Самым простым путём решения этой задачи, как раз и является расширение функциональности разностного усилителя интегрирующим звеном первого порядка, с помощью подключения параллельно резисторам R25, R26 конденсаторов C41, C42 ёмкостью 560…680 пФ. RC-цепочка на выходе разностного усилителя служит для увеличения наклона характеристики. Номиналы R27, R28 аналогичны R25, R26; номиналы C43, C44 равны номиналам C41, C42. Все значения номиналов компонентов фильтров подобраны опытным путём. АЧХ схемы смесителя приведена на рисунке ниже:
В принципе, из-за наличия в кодеке TLV320AIC3104 встроенного антиалиасного фильтра этот раздел можно было бы в публикацию и не включать, но всегда полезно разобрать принцип действия «классического» схемного решения, обозначить проблемные места в его работе и указать способы решения этих проблем.
Если полагаться только на встроенный в кодек антиалиасный фильтр, схемное решение квадратурного смесителя можно упростить до вида на рисунке ниже, и оно будет работать. При этом не надо забывать, что убрать компонент с предназначенного для него места на печатной плате или заменить его чип-резистором 0 Ом намного проще, чем добавить на плату новый компонент «вторым этажом».
▍ Диапазонный полосовой фильтр «по Реду»
В части ДПФ у радиолюбителей принято апеллировать к изданному в 1990 году издательством «Мир» переводу книги Э. Реда (Eric Tart Red) «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике».
На рисунке выше приведён «классический» образец восьмидиапазонного ДПФ «по Реду» с коммутацией диапазонных фильтров высококачественными «радиочастотными» реле.
Помимо этого, блок содержит максимальную комплектацию для подобных устройств: два аттенюатора, широкополосный УВЧ, а также предварительный усилитель мощности. Катушки индуктивности в самых лучших традициях намотаны на тороидальных сердечниках производства Amidon (ныне Micrometals).
Устройство такого блока ДПФ намного сложнее, чем в трансивере Selenite Lite. Сложность обуславливается тем, что эти блоки ДПФ предназначены для работы с супергетеродинными схемами. Они должны отфильтровывать не только гармоники, но и «зеркальный канал».
Что такое «зеркальный канал» хорошо видно на паре рисунков выше: при промежуточной частоте (ПЧ, IF) 500 кГц и частоте гетеродина 2400 кГц трансивер «Радио-76» в этом примере формирует на передачу два равных по мощности сигнала, один на частоте (2400 – 500) = 1900 кГц, второй – на частоте (2400 + 500) = 2900 кГц.
Фильтра Баттерворта третьего порядка с «наклоном характеристики» 30 дБ на октаву, как в трансивере Selenite Lite, для подавления гармоник тут хватит, но для подавления «зеркального канала» уже явно недостаточно.
Кстати, приведённый на рисунке выше блок ДПФ «по Реду» с задачей выше тоже бы справился неважно: очень мало расстояние между «зеркальными каналами». Поэтому в книге Реда и рассматриваются супергетеродины с промежуточной частотой 30 – 40 МГц. И если бы ПЧ в рассматриваемом примере была, хотя бы, 5000 кГц, то гетеродин был бы настроен на частоту 6900 кГц, а сигналы формировались бы на частотах 1900 и 11900 кГц. Подавить такой «зеркальный канал» полосовым диапазонным фильтром гораздо проще.
Справедливости ради надо заметить, что в аппаратуре прямого преобразования «зеркальный канал» тоже есть. Он располагается на другой боковой полосе, и подавляют его не ДПФ, что нереально, а «фазовым» методом, т.е. исключительно «математикой».
▍ От автора
В данной части публикации мы подробно рассмотрели работу смесителя по схеме Тэйло с диапазонными полосовыми фильтрами.
Возможность создания на основе «переключаемого интегратора» высокодобротного полосового фильтра значительно снижает требования к характеристикам ДПФ в составе аппаратуры SDR. При этом из-за характерных для схемы Тэйло резонансов на нечётных гармониках гетеродина совсем исключить ДПФ из состава трансивера без потери качества работы не представляется возможным.
Также следует отметить простоту решений аппаратуры SDR и прямого преобразования по сравнению с супергетеродинами.
В следующей части публикации мы рассмотрим частотозадающие цепи трансивера Selenite Lite.
Схема электрическая принципиальная, перечень элементов и рисунок печатной платы SDR-трансивера Selenite Lite содержатся в документе «Selenite Lite User Manual», расположенном в репозитории проекта «Selenite Lite».
Больше информации о проекте можно найти в некоммерческом telegram-канале «Проект «Селенит».
Источники:
1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. – М.: Мир. 1990
2. Dan Tayloe. Ultra Low Noise, High Performance, Zero IF Quadrature Product Detector and Preamplifier
3. Петин Г.П. Ключевой синхронный детектор. Схемотехника, № 3,2003, с. 14-15
4. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования – М.: Патриот, 1990
Онлайн расчёт полосовых LC — фильтров
Полосовой, он же полосно-пропускающий фильтр – это фильтр, пропускающий частоты в некоторой полосе частот, находящейся между нижней и верхней частотами среза, и может быть легко представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.
Однако более рациональными с точки зрения оптимизации характеристик, являются фильтры, рассчитанные через ФНЧ-прототип. Преобразование фильтра низких частот в полосовой фильтр осуществляется заменой емкостей ФНЧ прототипа параллельными контурами, а индуктивностей – последовательными.
Примеры таких полосовых фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков приведены на Рис.1.
Рис.1 Схемы полосовых LC-фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков
Расчёт поведём, используя прототипы фильтров нижних частот имени уважаемого Пафнутия Чебышева и таблицы не менее уважаемого господина Гранта Ханзела, приведённые в справочнике по расчёту фильтров.
Онлайн расчёт полосовых LC-фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков
На Рис.2 приведены амплитудно-частотные характеристики полосовых фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков с полосой пропускания 3-5 МГц.
Рис.2 АЧХ полосовых LC-фильтров 3-го, 5-го и 7-го порядков
Характеристики затухания фильтров вне полосы пропускания симметричны и составляют величины: 38 дБ на октаву для фильтров 3-го порядка, 75 дБ – для фильтров 5-го порядка и 112 дБ – для фильтров 7-го порядка. Неравномерность в полосе пропускания – менее 0,5 дБ.
Приведённая таблица может стать хорошим подспорьем при расчёте входных диапазонных фильтров радиоприёмников и трансиверов, однако следует учитывать маленький, но ЖИРНЫЙ «НЮАНС»:
Фильтры Чебышева значительно лучше других справляются с подавлением внеполосных сигналов, но становятся крайне неудобными (с точки зрения критически малых значений номиналов некоторых элементов) при выборе узкой полосы прозрачности.
Поэтому наиболее выигрышно они будут смотреться в устройствах относительно широкополосных – с не менее, чем полуоктавной полосой пропускания.
Микрополосковые СВЧ фильтры
Опишу процесс создания микрополосковых СВЧ фильтров на примере нескольких ФНЧ и одного полосового. Создавал я их практически впервые, предварительно прочитав несколько книг и статей на эту тему.
У меня есть синтезатор частот, который предполагалось использовать в установке измерения параметров продукции предприятия. Но у этого синтезатора есть паразитные гармоники довольно высокого уровня, поэтому требовалось их подавить. Частота невысокая — 1 ГГЦ, соответственно, нужно подавить 2,3. ГГц.
Всё проектирование я делал в AWR, поэтому буду далее представлять скриншоты из этой программы.
Вначале создаю фильтр на сосредоточенных элементах и подбираю номиналы индуктивностей и ёмкостей (нГн и пФ).
Его передаточная характеристика выглядит следующим образом. Основная подавляемая гармоника должна быть — 2ГГц, но неплохо было бы подавить следующие.
После этого нужно переходить непосредственно к микрополосковой топологии. Для этого я преобразую индуктивности в отрезки линии передачи и вручную подбираю длину и ширину полоска до того момента, пока S-параметры сосредоточенной индуктивности не совпадут с S-параметрами полоска. Я использую в AWR ЕМ-решатель AXIEM.
Подбирать ёмкость я не знаю каким образом (какого размера делать площадку), поэтому пришлось произвести несколько итераций моделирования уже готового фильтра с разными ёмкостными площадками. В итоге получился такой фильтр и его передаточная характеристика.
Меня почти всё устроило за исключением недостаточно сильного подавления на частотах выше 2.5 ГГц. В книгах и статьях я читал, что для решения этой проблемы в фильтр добавляют «Radial Stub» (не совсем знаю, как корректно перевести на русский). В итоге добавил такой топологический элемент в фильтр.
В итоге получилась такая топология ФНЧ, с боков разъемы под SMA. Общий размер — 50×25мм. Материал — FR4, 0.8мм, Eps = 4.3.
Это был предварительный эксперимент, поэтому и материал и покрытие были выбраны самые дешёвые.
Пунктиром на графиках ниже будут отображаться результаты моделирования, а сплошной линией — S-параметры, измеренные на анализаторе цепей. Результаты получились схожие.
Может быть кому-то будет интересно, ниже приведу топологии и результаты двух других фильтров НЧ, которые проектировал для сравнения параллельно.
Графики этого фильтра несколько разнятся с результатами моделирования, затрудняюсь это объяснить.
Третий фильтр я спроектировал при помощи встроенного в AWR помощника iFilter. Подробнее о нём напишу чуть позже, сейчас просто приведу топологию и результаты измерения.
Измерения схожи с результатами моделирования. Так как сюда не добавил Stub, подавление на частотах выше 2 ГГц несколько ниже, чем у предыдущих фильтров.
Через некоторое время потребовалось сделать полосовой фильтр на 1ГГц, уже окончательную версию, подавление требовалось только 2ой гармоники, да и она не сильно влияла, но фильтр всё-таки был нужен.
На этот раз выбрал материал получше — Rogers RO4350B (пока он еще был в наличии, сейчас, кстати его нет в Резоните — предлагают только китайский Wangling, что не здорово). Толщина 0.762мм, EPS для моделирования лучше брать = 3.66.
Для проектирования фильтра воспользовался утилитой iFilter, которая есть в AWR (внизу дерева проекта, внутри Wizardz). Выбрал Design — Bandpass — Microstrip — Interdigital (захотел такой тип). Интерфейс утилиты выглядит следующим образом.
Подобрав центральную частоту, полосу, степень фильтра и выбрав характеристики подложки, можно посмотреть параметры сгенерированной топологии, нажав на кнопку «View Physical Dimensions».
К сожалению, нет возможности сгенерировать из iFilter сразу EM-модель (почему. ). Генерируется она только в Schematic, где вместо реальных физических размеров заданы электрические длины и волновое сопротивление отрезков фильтра. Пришлось «перерисовывать» фильтр руками.
Сразу ниже приведу саму изготовленную плату и результаты измерения и моделирования.
Меня в целом всё устроило, модель и реальные значения практически совпали. На рисунке ниже покажу моделирование в расширенном частотном диапазоне — видны реакции фильтра на нечетных гармониках, что естественно для микрополосковых фильтров.
Спасибо тем, кто прочитал 🙂