Ступенчатый импеданс максимально плоский фильтр lowpass для микроволновых приложений

Этот пример показывает вам, как спроектировать ступенчатый фильтр нижних частот импеданса для приложений X-полосы.

Микрополосковый фильтр играет важную роль в микроволновых приложениях. Почти все системы связи содержат фронтэнд RF, который выполняет обработку сигналов с помощью фильтров RF. Микроволновые фильтры нижних частот ослабляют нежелательные сигналы выше частоты среза. Эти фильтры имеют очень низкую потерю вставки и легки произвести в компактных размерах.

Ступенчатый импеданс фильтры микрополосковой линии lowpass является каскадной структурой чередования высоких и низких линий электропередачи импеданса. Эти линии действуют как полусмешанные элементы, когда они намного короче, чем связанная ведомая длина волны. Линии высокого импеданса действуют как серийные индукторы и действие линий низкого импеданса как шунтирующие конденсаторы. Поэтому эта структура фильтра непосредственно понимает лестничный тип L-C (LC-Pi) фильтров lowpass.

Здесь ступенчатый импеданс фильтр lowpass и смешанная модель элемента анализируется для частоты среза 9 ГГц. Результаты смешанной модели элемента и имитационной модели сравнены и подтвердили [1].

Спроектируйте продвинутый импеданс фильтр lowpass

Спроектируйте ступенчатый импеданс фильтр lowpass на уровне 9 ГГц на алюминиевой подложке и визуализируйте его.

freq = 9e9;
sub  = dielectric("Name",{'Fr4'},"EpsilonR",9.6,"LossTangent",0,"Thickness",1.6e-3);
obj  = filterStepImpedanceLowPass;
obj.FilterOrder = 7;
obj.Substrate = sub;
d   = design(obj,freq,'Z0',50,'HighZ',120,'LowZ',20);
figure; show(d);

Анализируйте Используя смешанную модель элемента

Рисунок показывает схематическую из смешанной модели элемента для 7-го порядка lowpass настройка LC-Pi.

Смоделируйте 7-й порядок максимально плоский фильтр lowpass на уровне 9 ГГц с помощью rffilter объект от RF Toolbox. Анализируйте его поведение s-параметра с импедансом ввода и вывода на уровне 50 Ом.

Lpfilter = rffilter('FilterType','Butterworth','ResponseType','LowPass', ...
                'Implementation','LC pi','FilterOrder',obj.FilterOrder,'PassbandFrequency',freq,...
                'PassbandAttenuation',3.0103,'Zin',50,'Zout',50,'Name','Filter');
spar = sparameters(Lpfilter,linspace(0.1e9,12e9,51));
figure; rfplot(spar);

Ясно из рассеивающихся параметров, что частота среза на уровне 9 ГГц, и затухание полосы задерживания составляет больше чем 20 дБ с помощью смешанной модели элемента.

Анализируйте Используя имитационную модель

Анализируйте имитационную модель для ее поведения s-параметра при ссылочном импедансе на 50 Ом.

s11 = sparameters(d,linspace(0.1e9,12e9,51));
figure; rfplot(s11)
ylim([-50,0]);

Рассеивающиеся параметры, полученные из реализации размещения фильтра с помощью имитационной модели, более точны, потому что связывающийся эффект между микрополосковыми секциями линии рассматривается наряду с потерями. График s-параметров показывает, что частота среза уменьшается до 5,8 ГГц. Это сокращение происходит из-за двух причин. Каждый - связывающийся эффект между каждым разделом, и вторым является метод разработки для моделирования фильтра, который использует аналитические уравнения, где те эффекты не рассматриваются. Следовательно, проект даст аппроксимированные результаты, и необходимо оптимизировать длину и ширину Высоких и Низких линий импеданса, чтобы переключить частоту среза к требуемому значению.

Используйте current функционируйте, чтобы построить распределение тока на поверхности ступенчатого импеданса фильтр lowpass ниже частоты среза и просмотреть ее mesh.

figure;
current(d,3e9,'scale','log10');

figure;
mesh(d);

Разработка ступенчатого импеданса, фильтр lowpass в S-полосе и ниже покажет меньше, переключает частоту на нижний регистр почти приблизительно 0,5 ГГц при сравнении со сдвигом в проекте на высоких частотах.

Заключение

Ступенчатый импеданс фильтр lowpass проектируется и анализируется с помощью the design функция в частоте среза на 9 ГГц. Проект и по сравнению со смешанной моделью и по сравнению с имитационной моделью, чтобы изучить, что различие в переключает частоту на нижний регистр. Замечено, что сдвиг в частоте для имитационной модели составляет приблизительно 2,9 ГГц, который происходит из-за связывающегося эффекта. Следовательно, расчетные параметры ступенчатого импеданса фильтр lowpass должны быть оптимизированы, чтобы достигнуть желаемой частоты среза.

Ссылка

1. Салама, Y Battah, Abuelhaija, 'Продвинутый Импеданс 7-й порядок Максимально Плоский Фильтр Lowpass Используя Микрополосковую Линию для Приложений X-полосы, Журнал Физики: Ряд Конференции (ICERIA).

2. Sheetal.Mitra, 'Продвинутая микрополосковая линия импеданса реализация фильтра lowpass для приложения S-полосы', международный журнал последних трендов в разработке и технологии (IJLTET), издании 5, выпуске 3, май 2015.

Документация