Проектируйте и анализируйте фильтр высоких частот

Значения элемента соответствующей низкой передачи Чебышевский прототип $$g_0$$ = $$g_4$$ = 1.0, $$g_1$$ = $$g_3$$ = 1.0316, и $$g_2$$ = 1.1474. Используя уравнения проекта, данные в ссылке [1] для n = 3 и $$Z_0$$ = Завершения на 50 Ом, мы можем получить значения квазисхемных элементов с сосредоточенными параметрами как $$C_1$$ = $$C_3$$ = 2,0571 пФ, $$L_2$$ =4.6236 nH. Принципиальную схему такого фильтра высоких частот, взятого из ссылки [1] представляющие различные размерности признаков, показывают ниже. Замечено здесь что последовательные конденсаторы $$C_1$$ и $$C_3$$ поняты идентичными межпальцевыми конденсаторами, в то время как индуктор шунта $$L_2$$ понят закороченной заглушкой. Коммерческая подложка (RT/D 5880) наличие относительной диэлектрической постоянной 2,2 и толщины 1,57 мм выбрано для этой микрополосковой реализации фильтра. Размерности межпальцевых конденсаторов, таких как длина пальца, ширина, располагающая с интервалами между пальцами и количеством пальцев, даны в ссылке [1].

Используйте interdigitalCapacitor возразите и измените его свойства согласно данным значениям в ссылке [1], чтобы создать interdigited пальцы. Визуализируйте созданный объект с помощью show

idc = interdigitalCapacitor;
idc.NumFingers = 10;
idc.FingerLength = 10e-3;
idc.FingerWidth = 0.3e-3;
idc.FingerSpacing = 0.2e-3;
idc.FingerEdgeGap = 0.2e-3;
idc.GroundPlaneWidth = 5e-3;
idc.TerminalStripWidth = 0.1e-3;
idc.PortLineLength = 0.1e-3;
idc.PortLineWidth = 4.8e-3;
figure; 
show(idc);

Используйте the pcbComponent на idc объект создать конденсаторный cap1. Визуализируйте cap1 использование show

pcb = pcbComponent(idc);
cap1 = pcb.Layers{1};
figure;
show(cap1);

Используйте copy, rotateZ, rotateX и translate методы работы для конденсаторного cap1 объект создать capacior cap2. Визуализируйте cap2 использование show

cap2 = copy(cap1);
cap2 = rotateZ(cap2,180);
cap2 = rotateX(cap2,180);
cap2 = translate(cap2,[-6.2e-3 0 0]);
cap1 = translate(cap1,[6.2e-3 0 0]);
figure;
show(cap2);

Используйте traceRectangular объект создать оба питающихся порта port1, port2 и сорванный тупиковый centerArm. Выполните Операцию логического сложения для форм port1, cap2, centerArm, cap1 и port2 создать filter. Визуализируйте filter использование show

portW = 4.9e-3;
portL = 3.6e-3;
centerL = 2e-3;
centerW = 9.9e-3;
port1 = traceRectangular("Length",portL,"Width",portW,"Center",[-11.4e-3-portL/2 -0.05e-3]);
port2 = traceRectangular("Length",portL,"Width",portW,"Center",[11.4e-3+portL/2 -0.05e-3]);

centerArm = traceRectangular("Length",centerL,"Width",centerW,"Center",[0 -2.55e-3]); 
filter = port1 + cap2 + centerArm + cap1 + port2;
figure;
show(filter);

Задайте параметры подложки и создайте диэлектрик, чтобы использовать в pcbComponent из спроектированного фильтра. Создайте groundplane использование traceRectangular форма.

Используйте pcbComponent создать PCB фильтра. Присвойте диэлектрик и оснуйте плоскость к Layers свойство на pcbComponent. Присвойте FeedLocations к ребру портов канала. Присвойте ViaLocations в ребре тупикового centerArm. Установите BoardThickness к 1,57 мм на pcbComponent и визуализируйте фильтр. Ниже кода выполняет эти операции и создает фильтр pcb объект.

substrate = dielectric("EpsilonR",2.2,"LossTangent",0.0009,...
    "Name","custom","Thickness",1.57e-3);
gndL = 30e-3;
gndW = 25e-3;
ground = traceRectangular("Length",gndL,"Width",gndW,...
    "Center",[0,-4e-3]);

pcb = pcbComponent;
pcb.BoardShape = ground;
pcb.BoardThickness = 1.57e-3;
pcb.Layers ={filter,substrate,ground};
pcb.FeedDiameter = portW/2;
pcb.FeedLocations = [-gndL/2 0 1 3;gndL/2 0 1 3];
pcb.ViaDiameter = centerL;
pcb.ViaLocations = [0 -6.5e-3 1 3];
figure;
show(pcb);

Используйте sparameters метод, чтобы вычислить S-параметры для полосы останавливает фильтр и построить его с помощью rfplot функция.

spar = sparameters(pcb,linspace(0.1e9,3.5e9,40));
figure;
rfplot(spar);

Как существует четыре кривые в результате, позволяют нам анализировать результаты.

Постройте S-параметры

Анализируйте значения $$S_{11}$$, и $$S_{12}$$ изучать поведение фильтра высоких частот.

figure;
rfplot(spar,1,1);
hold on;
rfplot(spar,1,2);
hold on;

Результат показывает, что фильтр имеет частоту среза на-3 дБ $$f_c$$ = 1,8 ГГц. $$S_{12}$$ значения больше-3 дБ и $$S_{11}$$ значения меньше на-10 дБ выше частоты среза на-3 дБ 1,8 ГГц. Спроектированный фильтр поэтому имеет высокий ответ передачи и их симулированные соответствия результатов тесно со ссылкой. 0,3 ГГц переключаются на нижний регистр частота среза, на-3 дБ наблюдается.

Используйте charge метод, чтобы визуализировать распределение заряда на металлической поверхности и диэлектрике фильтра высоких частот

figure;
charge(pcb,3e9);

figure;
charge(pcb,3e9,'dielectric');

Используйте current метод, чтобы визуализировать распределение тока на металлической поверхности и токи поляризации объема на диэлектрике фильтра высоких частот

figure;
current(pcb,3e9);

figure;
current(pcb,3e9,'dielectric');

Ссылки

[1] Цзя-Шэн Хун "Микрополосковые Фильтры для Приложений РФ/микроволновых", p. 184, John Wiley & Sons, 2-й Выпуск, 2011.