Реферат по ИТ. Реферат. Информационные технологии, применяемые для проектирования свчфильтров

Название	Информационные технологии, применяемые для проектирования свчфильтров
Анкор	Реферат по ИТ
Дата	27.10.2021
Размер	492.15 Kb.
Формат файла
Имя файла	Реферат.docx
Тип	Реферат #257743

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Балтийский государственный технический университет

«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА

(БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА)
Кафедра И 9 «Систем управления и компьютерных

технологий»

Дисциплина «Информационные технологии»

Реферат на тему:

«Информационные технологии, применяемые для проектирования СВЧ-фильтров»
Выполнил: студент, Антохина Анна, гр. ЗМО201-05, заочное отделение
Преподаватель: кандидат технических наук,

доцент, Арсеньев Борис Павлович
г. Санкт-Петербург

2021

Перечень сокращений 3

Введение 4

1 Общие сведения о программе Microwave Office 5

2 Компоненты пакета Microwave Office 6

3 Проектирование LTCC – фильтра 9

3.1 Расчёт фильтра – прототипа 9

3.2 Выбор материала LTCC 13

3.3 Проектирование в программе MWO 15

3.4 Моделирование материала в MWO 16

3.5 Результаты проектирования 17

3.6 Проверка работоспособности 18

4 Проектирование ФВЧ в утилите iWizard 19

Приложение А 23

Блок – схема алгоритма создания программы в MWO 23

Перечень сокращений

LTCC (КНТО) – керамика с низкой температурой обжига;
СВЧ – сверхвысокочастотный диапазон;
ИС – интегральная схема;
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика;
КСВН – коэффициент стоячей волны по напряжению;
ФВЧ – фильтр верхних частот;
ФНЧ – фильтр нижних частот;
ППФ – полосно-пропускающий фильтр;
ПЗФ – полосно-заграждающий фильтр;
САПР – система автоматизированного проектирования

Введение

В конце XX века начинают появляться первые компьютерные программы, позволяющие проектировать устройства в СВЧ диапазоне. Их отличием являлись: сравнительная простота математического моделирования, а также текстовое описание исследуемой схемы [1].

В дальнейшем САПР в этом области развивалось по части усовершенствования интерфейса и возможностью выполнения электродинамического анализа устройства.

В современных программах моделирования используются разные математические методы расчёта электродинамических величин. Среди них отмечают прямые методы решения пограничных задач, к примеру, метод конечных элементов, а также метод Finite Difference Time Domain. Отличительной особенностью вышеуказанных методов являются: универсальность, то есть возможность решать практически любую задачу, однако за это приходится жертвовать производительностью ввиду длительности выполнения вычислений. С позиции пользователя, конечно, основной недостаток заключается в большом количестве времени, затрачиваемом на построение СВЧ-структуры.

Одним из способов устранения этого недостатка можно считать использование в расчётах непрямых методов анализа, к примеру, метод моментов (МОМ). Его основное отличие от прямых методов заключается в том, что численное определение поля основывается на решении ключевой задачи: задачи о возбуждении поля источником тока. В математическом изложении этот метод называется функцией Грина. Метод моментов оказывается эффективным, если она может быть записана аналитически в простой форме, таким образом, дискредитации уже подвергается не пространство, а лишь поверхность, что значительно сокращает объём расчётов. Однако и метод моментов не является универсальным средством, а находит своё применение для ограниченного числа структур, например, для плоскослоистых структур и свободного пространства.

Для таких структур были разработаны специальные пакеты САПР: Microwave Office, FEKO, ADS, ЭДЭМ (электродинамика экранов из металлов).

В последнее время опыт проектирования СВЧ показал, что на многих этапах работ экспериментальные данные не противоречат тем, которые получились в ходе компьютерного проектирования. Это означает, что, в конечном итоге, точное моделирование сведётся к тому, что проектирование РЭА станет полностью компьютеризированным, в частности, проектирование радиотехнических систем большой сложности.

Опыт внедрения САПР показывает, что лучше всего для разработчика становится та, которую он быстрее всего осваивает, и которую лучшую всего знает. При этом жизнь описания программ соизмерима с текущей версией программы и сокращается до года.

Целью настоящего реферата является анализ программного пакета Microwave Office.

Задачами реферата являются:

Рассмотреть общие сведения о программе Microwave Office;
Рассмотреть инструментарий и возможности программы;
Спроектировать фильтр высоких частот на LTCC-керамике и сравнить результаты компьютерного моделирования с математическим расчётом.

1 Общие сведения о программе Microwave Office

Программный продукт Microwave Office (Микроволновый офис) разработан под операционную систему WINDOWS и РС совместимые компьютеры. Это наиболее доступная и широко распространенная платформа. Учтена специфика операционной системы и реализовано объектное программирование, поэтому достигнута высокая скорость вычислений и в режиме реального времени нет видимых задержек процесса моделирования схем.В Microwave Office (Микроволновый офис) пользователям предоставлены широкие возможности разработки ВЧ, СВЧ, КВЧ радиоэлектронных средств различного назначения и принципов их реализации. На микрополосковых, компланарных и полосковых типах линий, расположенных в одном или двух слоях, возможно использование готовых библиотечных элементов схем. Сложнее схемы можно конструировать самостоятельно.

Этому пакету программ, интегрированных в единую Среду проектирования, доступны многие инженерные расчеты, как по собственноручному построению схем, так и по автоматическому синтезу их. Учитывая в едином представлении радиоэлектронных устройств их схемы конструкции и системные функции, продукт Microwave Office (Микроволновый офис) предоставляет удобное место, не покидая которого можно спроектировать конструкцию устройства, рассчитать ее различные частотные и вольтамперные характеристики. Далее можно промоделировать работу устройств в составе системы и определить ее системные характеристики. Не требуется ни обратных аннотаций, ни каких других действий для перехода от схемного представления к конструкторскому и назад к схемному. Системное исследование проектируемых устройств тоже не требует преобразований форматов их файлов. Совмещен в единой базе данных весь комплекс информации.

Параметры геометрии проводников и волновые параметры СВЧ КВЧ линий, образованных печатными проводниками, в этой Среде проектирования моделируются с учетом диэлектрических параметров подложек и потерь в проводниках и в диэлектриках. Так моделируются задержки сигналов в линиях, их ослабление вместе с дисперсионным расширением импульсов.

Системные параметры каналов распространения сигналов совмещены в Microwave Office (Микроволновый офис) так, что имеется возможность в проектировании радиоэлектронных схем и конструкций учесть выполнение ими системных функций. Мог ли разработчик проверить влияние изменений конструкторских параметров на выполнение системных функций ранее? Да мог, но ему пришлось бы использовать три различных CAD программы. Новый программный продукт Microwave Office (Микроволновый офис) заменяет их и сокращает затраты времени на переходы из одной CAD системы в другую CAD систему.Три уровня вместе схематика конструкция и системность соединены в едином представлении и не требуют преобразований форматов файлов схем и трассировок цепей на печатных платах.

Единая Среда проектирования радиоэлектронных средств (РЭС) разработана фирмой Applied Wave Research (AWR). Фирма назвала ее AWR Design Environment (AWR Среда Дизайна).Краткое обозначение Среды проектирования AWR_DE. На русском языке слова Среда Проектирования Микроволнового офиса (МВО) или аббревиатура для них СП_МВО могут иногда, скажем изредка, послужить полезным эквивалентом английской аббревиатуры AWR_DE.

Требования к вычислительным ресурсам компьютера надо разделить по категориям решаемых задач. Установка программы на платформе PC-WINDOWS возможна при наличии ОЗУ объема 256 МВ, но для расчета сложных схем может потребоваться ОЗУ большего объема, так что и 3 ГВ может оказаться не лишним. На центральный процессор требование не ниже, чем "Пентиум 3" или эквивалентный ему[2].

2 Компоненты пакета Microwave Office

При запуске программы открывается окно, именуемое «менеджер проектов». Именно с этой вкладки начинается работа по построению цепи и её дальнейшего расчёта. Иллюстрация приведена ниже:

Рис.1 – Менеджер проектов Microwave Office

Нетрудно отметить, что вкладка содержит иерархическое содержание всех инструментов, используемых при расчёте и моделировании СВЧ-структуры. Такое расположение имеет большое преимущество, поскольку интуитивно понятно даже начинающему пользователю программы. Рассмотрим каждый элемент подробнее.

Цепочку узлов открывает вкладка, позволяющая создавать различные заметки по ходу работы над проектом. Вне зависимости от версии программы данный узел остаётся неизменным. Является незаменимым, когда случаются длительные перерывы в работе и возникает необходимость вернуться к конечной точке проекта.

Project Options позволяет настраивать различные типовые проекты, включая в себя 5 подвкладок, позволяющих координировать проект на различных этапах проектирования.

Узел в переводе значится как «глобальные переменные»: позволяет задать входные параметры для проектирования и затем их использовать в качестве синхронно изменяемых значений для многих параметров элементов схем, блоков диаграмм и других.

X

Специальная папка для хранения импортируемых файлов параметров элементов. Импортированные файлы данных должны иметь общепринятый формат представления параметров СВЧ цепей.

X

Многофункциональный узел для хранения и для управления. Диаграммы систем представляют в проекте уровень или аспект системных свойств проектируемых радиоэлектронных устройств. Из этого узла вызывается окно диалога для настройки режимов моделирования системных свойств. Здесь же хранятся все диаграммы систем, созданные в проекте или присоединенные (линкованные).

X

Тоже многофункциональный узел, где все схемы цепей, доступные проекту, можно хранить и управлять ими. Узел похож на предыдущий.

X

Еще один многофункциональный узел похожий на два предыдущих. Электромагнитные структуры здесь хранят, их свойствами отсюда управляют.

X

Узел хранения и управления. Здесь определяют выходные данные типа вычисляемых переменных, сохраняемых после сеанса работы в Среде проектирования AWR_DE.

X

Тоже узел управления и хранения. Данные, получаемые во время сеанса работы в Среде проектирования AWR_DE, имеют формат графиков. На графиках представлены результаты расчетов. Их Среда проектирования AWR_DE сохраняет в этом узле, но только по содержанию. Вычисленные значения линий на графиках не сохраняются. Подробнее графики рассмотрены на примерах конкретных проектов.

X

Узел хранения и управления. Критерии или цели оптимизации создаются и сохраняются в этом узле. Настройка режимов оптимизации производится в специальном окне диалога, вызываемого из этого узла.

X

Аналогичный узел хранения и управления. Здесь цели статистического анализа создают и хранят. Отсюда вызывают окно диалога, для управления статистическим анализом цепи или системы.

X

Узел определения содержания и хранения выходных данных в специальных форматах.

X

Программные средства для синтеза фильтров, анализа переменных нагрузок и др.
Щелчок правой кнопкой мышки по любой группе или модулю, а также по любому объекту проекта, открывает контекстные меню, предлагающие на выбор список возможных дальнейших действий.

На вкладке Elements отображается дерево используемых библиотек "зашитых" моделей элементов построения схематических модулей: портов, источников, сосредоточенных и распределенных, линейных и нелинейных, идеальных и неидеальных элементов, а также внешних импортируемых библиотек моделей и подсхем. Все модели объединены в соответствующие группы, содержание которых отражается в нижней части окна. Добавление того или иного элемента в схему проекта производится привычным методом Drag-and-Drop (возьми-и-брось), а редактирование параметров - или в списке прямо на схеме, или в специальном диалоговом окне, открывающемся при двойном щелчке по элементу.

Контекстное меню, появляющееся при щелчке правой кнопкой мышки по элементу, даёт возможность изменить отображение элементов в окне, а также содержит команду вызова справки об этом элементе.

Группа отображения результатов анализа на вкладке Project предлагает наглядную демонстрацию результатов расчета на диаграммах различного типа в зависимости от выбранного типа анализа. Здесь возможно простое отображение S-параметров схем на диаграммах Смита, графиках в прямоугольных и полярных координатах, а также более сложная прорисовка форм и спектров сигналов в различных точках схемы или диаграмм направленности антенн, да еще и в диапазоне частот. Стоит отметить также, что именно эта группа, совместно с используемыми моделями элементов и сигнальных портов, является определяющей при выборе того метода анализа, который будет использоваться в вашем проекте. Кроме того, в одном проекте могут комбинироваться различные методы анализа, а их результаты отражаться на одних и тех же графиках.

Группа оптимизации содержит список назначенных целей оптимизации текущей схемы. Под целью оптимизации здесь подразумевается некоторая граница изменения какой-либо характеристики анализируемой схемы, к которой должен стремиться выбранный метод оптимизации при изменении определенных параметров элементов. Каждая введенная цель оптимизации сразу же отображается на соответствующем графике, что позволяет в последующем легко проверить ее параметры, а также легко изменить их тут же на графике с помощью мышки.

Стоит отметить, что оптимизация и настройка не работают в электромагнитном моделировании, которое позволяет выполнить анализ созданной топологии на электродинамическом уровне. Структура, построенная из набора проводящих и резистивных полигонов, а также межслойных соединений произвольной геометрической формы, анализируется внутри ограниченной многослойной области прямоугольной формы. Боковые границы этой области всегда идеально проводящие, а верхняя и нижняя границы могут быть заданы тремя различными способами: проводящая поверхность с потерями (или без них), эквивалент открытого пространства и бесконечного волновода. Количество анализируемых слоев, межслойных соединений и внешних портов теоретически неограниченно.

Графические возможности модуля электродинамического анализа позволяют пользователю наблюдать цветное трехмерное анимационное изображение токов высокой частоты, на котором отображается не только амплитуда, но и направление этих токов.[3]

3 Проектирование LTCC – фильтра

Рассмотрим процесс проектирования высокочастотного фильтра при помощи программы Microwave Office. Согласно техническому заданию, необходимо спроектировать фильтр высоких частот, требования к которому представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Требования к проектируемому фильтру

Наименование параметра, единица измерения	Буквенное обозначение параметра	Значение параметра
Частоты среза по уровню 3 дБ, МГц, не более	f_ср	440
Точность установки частоты среза, %, не более	δf_ср	±5
Вносимое затухание, дБ, не более	а_вн	2,0
Коэффициент прямоугольности по уровням 20/3 дБ, не более	К_пр	1,5
Гарантированное относительное затухание, дБ, не менее	а_гар	30

Процесс проектирования фильтров обычно включает в себя несколько этапов: расчёт по заданным параметрам фильтра нормированных значений элементов низкочастотного фильтра прототипа, определение значений сосредоточенных элементов эквивалентной схемы фильтра, выбор конструктивной реализации сосредоточенных элементов эквивалентной схемы фильтра, расчёт геометрических размеров реализуемых конструктивов, оптимизация конструкции фильтра, изготовление образцов фильтра и измерение его характеристик.

В настоящей главе будет описана методика проектирования LTCC – фильтра с применением программной обеспечения MicrowaveOffice

3.1 Расчёт фильтра – прототипа

Проектирование любого электрического фильтра начинается с расчёта прототипа – фильтра нижних частот. После расчёта фильтра – прототипа, осуществляется переход к схеме требуемого фильтра.

Изначально необходимо оптимальную характеристику фильтра, ориентируясь на то, какая из них даст приближение, близкое к идеальному при минимальном наборе элементов. Для расчёта была выбрана характеристическая функция Чебышева. Фильтры, имеющие такую характеристику, имеют переменное затухание в полосе пропускания, изменяющееся от нуля до заданного максимального значения, и далее монотонно возрастающее затухание с бесконечным затуханием при бесконечной частоте. Характеристика фильтра изображена на рисунке 2. [4]

Рисунок 2 – Характеристика затухания фильтра Чебышева
После того, как была выбрана характеристика, необходимо рассчитать порядок фильтра. Для фильтра с Чебышевской характеристикой расчёт производится согласно формуле (1).

, (1)

где n – порядок рассчитываемого фильтра;

a_min – гарантированное относительное затухание, дБ;

a_max– вносимое затухание, дБ;

ω_s – граничная частота полосы задерживания, МГц;

ω_c – частота среза, МГц.

Из всех величин нам неизвестна только граничная частота задерживания, однако, её можно найти из коэффициента прямоугольности. По определению, коэффициент прямоугольности – это отношение ширины полосы пропускания на уровне -3 дБ к ширине полосы пропускания на заданном уровне. Исходя из определения и значений частоты среза и коэффициента прямоугольности, получается, что граничная частота полосы задерживания равна 293 МГц.

Тогда по формуле (1) порядок фильтра равен:

Следующим шагом в расчёте фильтра будет определение нормированных частот среза. Нормированный фильтр- прототип при угловой частоте, равной 1, имеет затухание, равное размаху пульсаций δа, в конкретном случае, 0.28 дБ. Для определения нормированной частоты необходимо воспользоваться формулой (1), учитывая, угловая частота среза на уровне 0.5 дБ равна 1 рад.

.

Решая полученное уравнение относительно нормированной частоты среза, получается, что ω_н = 1.009.

Для определения значений номиналов фильтра высоких частот при переходе от фильтра – прототипа, требуется воспользоваться коэффициентами масштабирования. При использовании круговой частоты выражение для определения частотного коэффициента приобретает вид:

, (2)

где ω_с – частота среза искомого фильтра, рад;

ω_н – нормированная частота среза, рад.

Также необходимо выполнить масштабирование импеданса, но поскольку используются таблицы ФНЧ – прототипов, у которых сопротивление считается равным 1 Ом, то коэффициент масштабирования импедансов численно всегда будет равен требуемому сопротивлению, выраженному в Омах.

Тогда, в соответствии с формулой (2) коэффициент масштабирования равен:

Далее, выбирается схема ФНЧ – прототипа девятого порядка. Схема представлена на рисунке 4.

Рисунок 3 – Схема ФНЧ – прототипа девятого порядка

Из таблицы 2 выбираются значения элементов схемы, которые равны:

L1 = L9 = 1.502 Гн;

С2 = С8 = 1.357 Ф;

L3 = L7 = 2.420 Гн;

С4 = С6 = 1.481 Ф;

L5 = 2.480

Таблица 2 – Значения элементов фильтра Чебышева 2 – 9 порядков

Следующим шагом будет преобразование нормированного ФНЧ – прототипа в схему нормированного ФВЧ. Схема ФВЧ представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема прототипа ФВЧ

Значения нормированного ФВЧ – фильтра определяются в соответствии с выражениями (3) и (4):

(3)

(4)

где L_фвч – значение индуктивности ФВЧ, Гн;

L_фнч - значение индуктивности ФНЧ, Гн;

С_фвч - значение ёмкости ФВЧ, Ф;

С_фнч – значение ёмкости ФНЧ, Ф.

Согласно вышеуказанным формулам, значения элементов ФВЧ:

С1 = С9 = 0.666 Ф;

L2 = L8 = 0.737 Гн;

С3 = С7 = 0.413 Ф;

L4 = L6 = 0.675 Гн;

С5 = 0.403 Ф.

Выполнив масштабирование по частоте и импедансу, окончательные значения ФВЧ равны:

С1 = С9 = 2.8 пФ;

L2 = L8 = 13 нГн;

С3 = С7 = 2.85 пФ;

L4 = L6 = 16.85 нГн;

С5 = 2.83 пФ.

Проверка расчёта выполнена в программе MicrowaveOffice, и представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Результат моделирования в программе MWO

3.2 Выбор материала LTCC

Для производства партии опытных образцов фильтров необходимо определиться с керамическим материалом.

В АО «НПП «Исток им. Шокина» г. Фрязино разработан и производится отечественный материал LTCC – СКМ ТУ 6366-044-07622667-2012. Сравнение основных параметров материала СКМ с импортными аналогами LTCC материала производства фирмы DuPont серии Green tape 951, производства фирмы КЕКО серии SK47 и производства фирмы Ferro серии L8 приведены в таблице 3.

Сравнение характеристик материалов показывает, что по основным параметрам отечественный материал не уступает зарубежным аналогам.

Важнейшая часть LTCC-систем – проводники, совместимые с низкотемпературной керамикой. При совместном обжиге важными параметрами металлизации являются усадка и тепловое расширение материалов, которые должны быть сопоставимы с параметрами используемой керамики

Таблица 3 – Справочные данные по материалам LTCC

Наименование параметра	Тип керамики
Наименование параметра	СКМ	SK47	Ferro L8	Green tape 951
Толщина пленки, мкм.	100 150 250	50 114 165 254	127 254	51 114 165 254
Диэлектрическая постоянная на 10 ГГц	7,0-0,2	7,1±0,2	7.3±0,2	7,8
Тангенс угла диэлектрических потерь	15·10^-4 (20 ГГц)	30·10^-4 (10 ГГц)	18·10^-4 (1 ГГц)	1·10^-3 (10 ГГц)
Сопротивление изоляции при 100 V, Ом·см	10¹²	–	10¹²	10¹²
Напряжение пробоя	≥ 10 КВ/мм	–	–	>1000 V/Mil
Усадка (X, Y) *	8,5 ±0,3%	13±0,5%	13%	12,7% ± 0,3 %
Усадка (Z)*	12,4 ± 0,4%	15±0,5%	17%	15% ± 0,5 %
Плотность, г/см³	3,1	2,9	3.1	3,1
Усилие на изгиб, MPa	210	200	275	320
ТКЛР, ppm	5,8-7,2	6,9	6	5,8
Коэффициент теплопроводности, W/mK	3,0	2,9	>3	3,0

Сравнение характеристик материалов показывает, что по основным параметрам отечественный материал не уступает зарубежным аналогам.

Важнейшая часть LTCC-систем – проводники, совместимые с низкотемпературной керамикой. При совместном обжиге важными параметрами металлизации являются усадка и тепловое расширение материалов, которые должны быть сопоставимы с параметрами используемой керамики.

Производители, как правило, предлагают комплексные LTCC-системы, в которых керамические материалы и проводящие/резистивные пасты подобраны так, что имеют полную совместимость.

Для отечественного LTCC-материала СКМ ООО «НПП «Дельта-Пасты» разработал ряд проводниковых паст ТУ 6365-023-59839838-2012. Основные параметры паст, приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Значения параметров по типам паст

Для оценки возможности замещения импортных LTCC материалов отечественными LTCC материалами - СКМ ТУ 6366-044-07622667-2012 и проводниковой пастой ТУ 6365-023-59839838-2012 на их основе был разработан фильтр высоких частот в соответствии с типовой методикой.

3.3 Проектирование в программе MWO

Следующим этапом в проектировании фильтра является реализация фильтра в САПР.

Для выполнения этого шага была использована программа MicrowaveOffice, и составляющая утилита – iFilter Wizard.

Типичный алгоритм создания проекта в этой среде моделирования представлен на рисунке А.1 в Приложении А.

Утилита позволяет спроектировать фильтр с заданными параметрами, и перенести электрическую схему непосредственно в среду MicrowaveOffice для последующего моделирования.

Результат моделирования ФВЧ с заданными параметрами представлен на рисунке 6.

Стоит отметить, что порядок фильтра, полученный при проектировании, не совпадает с порядком, который был рассчитан по методике расчёта ФНЧ – прототипа. Это связано с тем, что выбранная при расчёте форма АЧХ не совпадает с формой АЧХ, заданной в программе. [1]

Конечно, это является неоспоримым достоинством САПР, поскольку при смоделированной программой АЧХ, был получен меньший порядок фильтра.

Схема электрическая представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Электрическая схема спроектированного фильтра

Характеристики исследуемого фильтра после корректирования, и добавления цепей оптимизации, изображены на рисунке 7.

Рисунок 7 – Рассчитанная АЧХ проектируемого фильтра

3.4 Моделирование материала в MWO

После расчёта характеристик необходимо выполнить моделирование материалов, которые являются составляющими фильтра.

В качестве диэлектрика был использован материал LTTC отечественного производства, параметры которого заносятся в окно свойств материала. В качестве проводника была выбрана медь, поскольку отличается оптимальным соотношением свойств проводимости и себестоимости.

Свойства материалов указаны на рисунке 8.

Рисунок 8 – Свойства материалов, использованных при моделировании

При проектировании СВЧ – фильтров важен тот факт, что с увеличением неоднородности поверхности используемого материала, прямо пропорционально увеличивается и потеря передачи энергии, что указывает на то, что при изготовлении значима чистота обработки поверхности диэлектрических материалов.

Классификация СВЧ – диэлектриков производится по химической основе: полярные полимеры (полистирол, полифениленоксид и их сополимеры), неполярные полимеры (фторопласт, полиэтилен, полипропилен). [5]

Обоснование конструктива

Следующим шагом при моделировании является обоснование конструктива для отдельных элементов проектируемого фильтра.

В настоящем исследовании необходимо определиться с моделями конденсаторов и индуктивностей. Нетрудно предположить, что основным критерием при выборе конструктива является минимизация размеров используемых компонентов.

Для индуктивности была выбрана стековая катушка, поскольку относительно других рассматриваемых конструкций она имеет наиболее высокую добротность, и АЧХ, близкую к идеальной.

Технология изготовления конденсаторов тоже была выбрана стековая, потому что расположение его обкладок в нескольких слоях даёт возможность минимизировать его размеры.

Существует несколько способов уменьшить габариты конденсаторов:

введение дополнительного слоя керамики и увеличение, таким образом, расстояния между электродами;
введение слоя из материала с высокой диэлектрической проницаемостью;
заполнение отверстий материалом с высокой диэлектрической проницаемостью;
использование паст с высокой диэлектрической проницаемостью.

После того как были выбраны конструкции для реализаций отдельных пассивных элементов, был спроектирован фильтр. [6]

3.5 Результаты проектирования

Параллельно со структурной схемой, создавалась топология фильтра, изображенная на рисунке 9 Под буквой «а» изображена модель фильтра в масштабе, под буквой «б» – топологический чертеж.

б

Рисунок 9 – Топология рассчитанного фильтра

3.6 Проверка работоспособности

Проверка любого электронного фильтра на работоспособность заключается в построении АЧХ. AWR Microwave Office позволяет построить АЧХ, а также, с помощью функции Variable Tuner, изменять электрические параметры, для того, чтобы привести характеристику к заданным в ТЗ параметрам.

Конечным результатом проектирования стала АЧХ рассчитанного LTCC-фильтра, представленная на рисунке 10

Рисунок 10 – Рассчитанная АЧХ

В идеальном фильтре полоса заграждения представляет собой прямую линию, на бесконечно малом значении амплитуды, однако в реальном фильтре этого невозможно добиться, поэтому для полосы заграждения, при составлении ТЗ, вводятся ограничения по максимальному значению амплитуды.

Данные ограничения вводятся для того, чтобы предотвратить появления дополнительных полос пропускания на нежелательных частотах и/или увеличения полосы пропускания.

4 Проектирование ФВЧ в утилите iWizard

Ещё одним исследованием стало проектирование фильтра верхних частот на дискретных элементах в утилите iWizard.

Утилита отличается своим удобным интерфейсом для пользователя, и позволяет минимизировать время проектирования исследуемого фильтра.

Окно утилиты представлено на рисунке 11.

Рисунок 11 – Окно утилиты iWizard

Как видно из представленной иллюстрации, в неё можно ввести все параметры фильтра, заданные в техническом задании: частоту среза, вид характеристики фильтра, порядок, уровень подавления.

Пользуясь указанной утилитой, был спроектирован фильтр на дискретных элементах, электрическая схема которого представлена на рисунке 12, а его амплитудно – частотная характеристика представлена на рисунке 13.

Рисунок 12 – Электрическая схема фильтра на дискретных элементах

Рисунок 13 – полученная АЧХ исследуемого фильтра

Как видно из графика АЧХ, спроектированный фильтр удовлетворяет требованиям технического задания.
Заключение

В настоящем реферате были частично рассмотрены возможности и набор инструментария программы Microwave Office, а также был спроектирован фильтр высоких частот. Помимо точности выполнения расчёта, полученных в ходе компьютерного моделирования, стоит также отметить удобство интерфейса для пользователя и обширные возможности проектирования.

При этом необходимо подчеркнуть, что у программы есть возможность автоматического проектирования благодаря вкладке iWizard. . Возможен синтез фильтров, описываемых полиномами Чебышева, Баттерворта, Бесселя, эллиптическими функциями, фильтров с линейными фазовыми характеристиками и др. Одно из основных преимуществ этого модуля - передача результатов синтеза непосредственно в текущий проект, что позволяет выполнить его моделирование отдельно или в совокупности с другими компонентами.

Список литературы

1 MWO Getting Start [Электронный ресурс] – Режим доступа:

ni.com/AWR

2 Русяев Н.Н. Краткие сведения о среде проектирования Microwave Office/ intech.ru/2018

3 Дмитриев Е.Е. Основы проектирования в Microwave Office 2009/ http://kepstr.eltech.ru/tor/mt/Literatura/Dmitriev_mwo_2007_1.pdf/ 2011

4 Ханзел Г. Справочник по расчёту фильтров/ Перевод с англ. – М: Советское радио, 1974

5 Кондратюк Р. LTCC – низкотемпературная совместно обжигаемая керамика / Нано индустрия – 2011 - №2

6 Зааль Р. Справочник по расчёту фильтров – М: Радио и связь, 1983 – 752 стр
Приложение А

Блок – схема алгоритма создания программы в MWO