Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Синтез смугопропускаючого фільтра на зв’язаних лініях з заданим видом частотної характеристики
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІТРЕ
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Кафедра РЕПС
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Звіт
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка ”
ІТРЕ
Кафедра РЕПС
Звіт
з Курсової роботи
“ Пристрої надвисоких частот й антени ”
Тема:“ Синтез смугопропускаючого фільтра на зв’язаних лініях з заданим видом частотної характеристики .”
Зміст
Технічне завдання …………………………………………………………3
Вступ ……………………………………………………………………….4
Теоретична частина………………………………………………………...5
Розрахункова частини……………………………………………………...7
Особливості конструкції………………………………………………….12
Висновок ………………………………………………………………….14
Список літератури ………………………………………………………..15
Додаток…………………………………………………………………….16.
Технічне завдання.
Спроектувати смугопропускаючий фільтр на зв’язаних лініях з заданим видом частотної характеристики:
• Нижня гранична частота смуги пропускання fпн = 4 ГГц
• Нижня гранична частота смуги запирання fзн = 3,7 ГГц
• Верхня гранична частота смуги пропускання fпв = 4,8 ГГц
• Верхня гранична частота смуги запирання fзв = 5,1 ГГц
• Максимальне значення затухання в смузі пропускання Ан = 0,8дБ
• Мінімальне значення затухання в смузі запирання Аз = 25дБ
• Тип характеристики – Чебишевська
• Тип лінії передачі – Симетрична смужкова лінія
• Опір підвідних ліній – 50 Ом
Вступ
По виду частотних характеристик фільтри розділяють на фільтри нижніх частот (ФНЧ), фільтри верхніх частот (ФВЧ), смуго-пропускаючі фільтри (СПФ), смуго-запираючі фільтри (СЗФ).
Задача оптимального розрахунку фільтра практично зводиться до його синтезу і заключається в тому, щоб отримати оптимальну схему фільтра, яка задовільняє задану частотну характеристику. При розрахунку фільтрів відправними частотними характеристиками робочого затухання являється чебишевська або максимально плоска.
Теоретична частина
Смужкову лінію передачі називають таку лінію, в якій провідник смужкового, круглого, квадратного січення розташовані на деякій відстані від металевої площини ( основи ) або поміщається між двома металевими основами. Простір між провідником і основою може бути заповнено повітрям або діелектриком, виконані друкованим способом, називаються друкованими смужковими лініями. Розрізняють два основних типа смужкових ліній: не симетричні, і симетричні. Несиметрична друкована смужкова лінія представляє собою пластину діелектрика, на одній стороні якого нанесені провідники ( провідні смужки ) схеми, а на другій – металізоване покриття, яке утворює провідну (заземлену) площину. Така лінія являється простою в налаштуванні виготовленні і експлуатації.
Недоліком несиметричної смужкової лінії являється відсутність екранування і підвищення втрат ( порівняно з симетричною лінією). Одна якщо діелектрична проникність підложки лінії висока, то електричне поле концентрується в області між провідником і заземленою пластиною, а тому втрати на випромінюванні невеликі. Це властивість дозволяє успішно використовувати не симетричні лінії в інтегральних НВЧ схемах ( їх називають мікросмужковими лініями передачі). Зменшення габаритів в мікросмужкових інтегральних НВЧ схемах забезпечується за рахунок вибору діелектрика з високою діелектричною проникністю (ε – порядку 10).
В симетричній друкованій смужковій лінії центральний провідник знаходиться між двома діелектричними пластинами з металізованими зовнішніми поверхнями. Такі лінії мають хороше екранування, однак вони складні в виготовленні і налаштуванні, потрібне дотримування механічної симетрії для забезпеченні малих втрат на випромінюванні. Центральний провідник симетричної смужкової лінії в зібраному вигляді зовсім недоступний для регулювання, що створює певні незручності при налаштуванні схеми. Високодобротні лінії застосовуються в тому випадку, коли необхідно, щоб добротність ненавантаженої передавальної лінії була достатньо високою ( в районі 2000). Високодобротна лінія передачі має об’єм, більший, ніж симетрична друкована смужкова лінія, але менша ніж коаксіальна лінія чи хвилевід. Така лінія лінія забезпечує хороше екранування і менш чутлива до технологічних змін діелектричної постійної і товщини підкладки.
Вибір типу смужкової лінії повинен проводитись з урахуванням виконання ряду параметрів: малі втрати, можливість серійного виробництва, простота налаштування, малий об’єм і маса, стабільність параметрів, низька вартість.
Мікросмужкові лінії передачі використовуються в гібридних і монолітних інтегральних схемах НВЧ діапазону. В гібридних ІС різні дискретні компоненти (транзистори, діоди) знаходяться в невеликому корпусі ( або модулі ) мікросмужкової конструкції. В монолітних ІС всі елементи схеми реалізуються всередині загальної напівпровідникової пластини і частково на її поверхні. Гібридні схеми порівняно з монолітними мають : кращі електричні характеристики, ширшу смугу пропускання, малий рівень шумів, високу добротність і стабільність. Монолітні схеми мають більш низьку вартість, менші габарити і в більшій мірі пристосовані для автоматизованого виготовлення.
Для побудови фільтра необхідно знати математичну модель його АЧХ.
Теоретично можливий машинний синтез фільтра шляхом багатократного аналізу з корекцією параметрів елементів після кожного розрахунку. Однак цей метод занадто громіздкий і його можна застосовувати лише в деяких випадках.
Практично в усіх випадках синтезу фільтрів потрібно задаватись апроксимацією функцією його робочого затухання. При цьому необхідно врахувати, що не всі функції придатні для цього, а тільки ті які задовольняють умови фізичної реалізації, тобто для отримання яких можна створити реальний фільтр.
Відомі декілька функції, апроксимуючих АЧХ фільтрів НЧ без врахування дисипативних втрат. При апроксимації максимально плоскою характеристикою ( характеристика Баттерворта ) затухання монотонно зростає при відхиленні частоти від середньої.
Чебишевська характеристика затухання описується описується наступним математичним виразом:
Характеристика по Баттерворду – максимально плоска в районі середньої частоти і всюди монотонна, характеристика по Чебишеву – рівно хвильова в смузі пропускання. Для апроксимації застосовують поліноми Чебишева першого і другого порядку, а також ультра сферичні поліноми (Гегенбауера), поліноми Лежандра, Лаггера, Єрмита. Можлива також апроксимація еліптичними функціями з допомогою відрізків прямих ліній, потенційної аналогії і інші.
Досі розглядались АЧХ фільтра нижніх частот (ФНЧ). Щоб перейти до характеристик інших фільтрів, необхідно застосувати перетворення незалежною частотною змінною, тобто потрібно перейти від частотної змінної ФНЧ до частотної змінної інших фільтрів.
Розрахунок топології ФНЧ. Для розрахунку ФНЧ НВЧ діапазону зазвичай використовують метод порівняння цих фільтрів з фільтрами прототипами нижніх частот (НЧ) із елементів з зосередженими параметрами, що дозволяє скористатись табульованими значеннями елементів нормованих по частоті фільтрів з чебишевськими або максимально плоскими характеристиками.
Розрахункова частина.
Визначаємо число елементів фільтра прототипа нижніх частот.
Згідно з розрахованим:
Заокруглюємо n до найближчого цілого числа n=4. Число каскадно з’єднаних ланок фільтра на зв’язаних лініях дорівнює n+1=5.
Використовуємо таблицю для визначання узагальнених параметрів елементів прототипного фільтра нижніх частот по заданих а і n і отримуємо:
Параметри крайніх елементів прототипа дорівнюють:
Розраховуємо хвильові опори кожної із п’яти зв’язаних ліній, працюючих в режимах парного і непарного виду збудження.
Результати обчислень зведемо до таблиці 1.
Розрахунок відносної відстані між смужками .
Результати зводимо у таблицю 1.
Визначення відносної ширини смужок .
Результати заносимо в таблицю 1.
Відносна ширина смужок підвідних ліній для заданих дорівнює:
b – вибираємо з стандартного ряду 4мм.
Довжина відрізків зв’язаних ліній розраховується згідно формули.
=50 Ом;
Де: = 2,5;
Для кращого узгодження розрахованих і експериментальних характеристик фільтра рекомендовано коректувати довжину зменшуючи її на довжину:
Таблиця 1.
і
S(мм)
W(мм)
1 і 5
1,8
302,604
122,376
0,226
0,15
0,904
0,6
2 і 4
0,24
64,96
40,87
0,04
0,717
0,16
2,868
3
0,155
58,93
43,463
0,145
0,723
0,58
2,892
На Рис. 1 Зображено АЧХ смуго-пропускаючого фільтра.
На Рис.2 Зображено ескіз смуго-пропускаючого фільтра.
Особливості конструкції
Провідники і екрани смужкових лінії, як правило, виконуються із металів з малим опором, який забезпечує мінімальні втрати ( із міді, срібла, латуні, алюмінієвих сплавів ). Зовнішні струмопровідні пластини смужкових ліній виконують із алюмінієвих сплавів, латуні, металізованих пластин з кераміки, або пластмаси.
Для металізації діелектриків листова фольга товщиною 25±2; 35±3; і 50±5мкм і електролітична мідь, осаджена на діелектрик товщиною 15…70мкм.
Для з’єднання коаксіального тракту смужкової схеми використовуються два способи: безпосереднє з’єднання жили коаксіального кабеля з смужковим провідником ( прямий кабельний ввід ) і з’єднання через коаксіально-смужковий перехід, який представляє собою елемент в якого присутня коаксіальна частина, яка з’єднується з зовнішніми ланками, і перехідну секцію для з’єднання з смужковою лінією. Застосовуються вилки, розетки і вилки перехідні з’єднання СНП34 і СНП34С, які випускаються тільки в все кліматичному виконанні. Технологічні методи виконання смужкових вузлів відрізняються способом і можливістю нанесення різних матеріалів ( провідних, діелектричних, резистивних) на поверхню плати, способом отримання малюнка, конструктивних елементів схеми і реалізованих при цьому точністю їх виконання; виробничою характеристикою ( складністю обладнанню, періодом засвоєння, в серійному виробництві, відсотком вузлів, вартістю виготовлення НВЧ схем). Основне завдання будь-якого технологічного процесу – створення високоякісної смужкової лінії, що передбачує забезпечення в ній малих втрат і можливе точне відтворення заданого хвильового опору і електричної довжини.
Технологічний процес виготовлення смужкових плат включає в себе операції виготовлення смужкової плати, оригінала ( фото оригінала) і робочого фотошаблона.
Операції виготовлення смужкових плат наступні:
• Отримання струмопровідного шару,
• Формування малюнку схеми,
• Механічна обробка,
Додавання і послідовність даних операцій залежить від метода виготовлення смужкової плати.
На виробництвах застосовуються такі методи виготовлення смужкових вузлів:
• Тонкоплівкова технологія на основі хіміко-гальванічної металізації.
• Тонкоплівкова технологія на основі вакуумного напилення.
• Товстоплівкова технологія.
• Металізація плат фольгою.
Хіміко-гальванічна, товстоплівкова і тонкоплівкова технологія на основі вакуумного напилення – базові технологічні методи виготовлення смужкових схем, на яких ( тим чи іншим приватним видозміненням ) орієнтується більшість розробників і конструкторів.
В технології виготовлення смужкових плат застосовуються чотири методи отримання малюнку схеми:
• фотохімічний
• фотохімічний в поєднанні з електрохімією.
• фото електрохімічний
• масковий
Для отримання малюнку схеми першими трьома методами використовується фоторезист від властивостей, від режимів обробки якого залежить якість малюнку. Для створення смужкових провідників ( в перших двох варіантах ) використовується хімічне травлення метала ( міді, адгезивного підшару).
Масковий дозволяє осаджувати метал в вакуумі на ділянках заготовки не захищеною маскою. Метод придатний тільки для смужкових плат невеликих розмірів, на неорганічних діелектриках і не являється універсальним, не дозволяє отримати малюнок будь-якої конфігурації (наприклад концентровані заокруглення). Прийнятий технологічний процес виготовлення смужкової плати впливає на основні характеристики вузла: конструкторсько-технологічні, експлуатаційні, і техніко-економічні, що викликає необхідність обґрунтованого вибора матеріалу і метода виготовлення проектованих плат. Технологічний процес виготовлення визначають як правило на ескізній стадії проектування смужкового вузла.
В залежності від призначення апаратури, конструкції, типу лінії герметизація вузла може виконуватися одним з наступних варіантів:
• Заливка вузла матеріалом на основі синтетичних каучуків, компаундів.
• Склеювання основ симетричної смужкової лінії клеєм на основі діелектричного матеріалу.
• Склеювання основ симетричної смужкової лінії за рахунок розмягчення поверхні діелектричного матеріалу.
Даний пристрій встановлюється в рамковий корпус. ( Креслення пристрою на Рис. 3)
Ці корпуса в основному використовуються в вузлах на НСЛ, ССЛ, з повітряним заповненням, компланарних і щілинних лініях. Конструкція дозволяє виконати одно і двохярусне розташування плат. На стінках корпуса зручно розташовувати фланцеві і вставні коаксіальні переходи. Корпуси зручні для серійного виготовлення, так як при їх виробництві можна застосовувати високопродуктивні методи: литво, штамповку, литво з пластмаси.
Кріплення плати в корпусі проводиться установкою її на виступи вздовж стінок або виступи в кутах рамки з пайкою по периметру плати.
Інколи плати встановлюють на одну з кришок ( п’єдестал ), а після цього збирається уся конструкція. В цьому випадку на рамці закріпляють НВЧ з’єднувачі. Рамкові корпуси герметизуються пайкою по контуру кришки і переходів, заливкою щілин компаундом. При використанні пайки рекомендовано виконувати шов з закладкою дроту, що забезпечує можливість відкрити корпус при ремонті, і використанні резинової прокладки, яка перешкоджає попаданню флюсу та припою в середину корпусу.
Переваги корпусів – в їх технологічності і дешевизні, простоті складання, зручність розташування навісних компонентів з двох сторін плати, відносній легкості зміни плати при ремонтних робота.
Висновок
В даній курсовій роботі я ознайомився з НВЧ фільтрами, методиками розрахунку та синтезу. Я розрахував смугопропускаючий НВЧ фільтр на зв’язаних лініях з заданим видом частотної характеристик. Та ознайомився з основними конструктивними особливостями даних пристроїв, технологією виробництва, особливістю виконання корпусів та смужкових друкованих плат.
Список використаної літератури
Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М., Сов. Радио, 1976р.
Микроелектронные устройства СВЧ. Бова Н.Т.,Ефремов Ю.Г.,Конин В.В. К., Техніка, 1984р.
Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М., Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. М., Т.1. 1971р.
Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. М., Сов. Радио, 1972р.
ДОДАТОК
02.03.2017 01:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора