CC BY
29
Моделирование и экспериментальное исследование трактового фильтра
сантиметрового диапазона
112 1 А.В. Андрианов , С.А. Быков , А.Н. Зикий , А.И. Пустовалов
1 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог Южный Федеральный Университет, Таганрог
Аннотация: в статье проведено моделирование и экспериментальное исследование фильтра сантиметрового диапазона на встречных стержнях. В полосе пропускания от 4 до 8 ГГц потери составили не более 1,5 дБ. Заграждение при отстройке вниз на 1 ГГц не менее 50 дБ. Заграждение при отстройке вверх на 2 ГГц не менее 70 дБ. Имеется ложная полоса пропускания 16,6 - 21,5 ГГц.
Ключевые слова: фильтр на встречных стержнях, моделирование, эксперимент, сантиметровый диапазон волн.
К фильтру предъявляются следующие требования:
- нижняя граничная частота полосы пропускания Fн = 4 ГГц;
- верхняя граничная частота полосы пропускания Fв = 8 ГГц;
- потери в полосе пропускания не более 3 дБ;
- заграждение на частоте 3 ГГц не менее 50 дБ;
- заграждение на частоте 10 ГГц не менее 60 дБ;
- заграждение в полосе от 10 до 15 ГГц не менее 50 дБ;
- волновое сопротивление входа и выхода 50 Ом; Перечисленные выше требования были реализованы в фильтре на
встречных стержнях с 13 резонаторами. Расчет проводился по книге [1]. Результаты расчета приведены в таблице 1 (второй столбец) для резонаторов прямоугольного сечения.
Таблица № 1
Геометрические размеры фильтра
Параметр фильтра Расчет, кв. мм Моделирование, кв.мм Макет, 0 мм Примечание
W1, W13 2,16 2,16 2,16
W2, W12 1,4 1,4 1,4 Ширина резонатора
W3 - W11 1,7 1,7 1,7
51, S12 52, S11 S3 - S10 1,45 1,45 1,84 1,0 1,45 2,0 1,45 1,45 1,84 Зазор между резонаторами
L1 = L13 12,5 11,8 10,2
L2 = L12 12,5 11,8 10,8 Длина резонатора
L3 ... L11 12,5 11,8 10,2
B 10 10 10 Расстояние между экранами
L - 11,8 11 Расстояние между стенками
Er 1 1 1 Диэлектрическая
проницаемость
Т - 1,9 - Толщина резонаторов
На следующем этапе проводилось моделирование рассчитанного
фильтра в пакете прикладных программ AWRDesignEnvironment [2]. Результаты расчета использовались как первое приближение для моделирования. После подстройки длины резонаторов и зазоров между ними были минимизированы потери в полосе пропускания и неравномерность потерь в полосе пропускания. Геометрические размеры фильтра после оптимизации отражены в таблице 1 и на рисунке 1.
Схемотехническая модель фильтра приведена на рисунке 1.
Рис. 1. - Схемотехническая модель фильтра в AWR.DE Результаты моделирования показаны на рисунке 2.
0 -5 -10 -15
-20 -25 -30 -35 -40 -45 -50
Г ч/ч/4- г^ — ОВ(|ЭС2,1)|) |
|
1
1 I |
0
8 10 12 14 16 Ргедиепсу (6Нг)
18 20 22 24
Рис. 2. - Расчетная амплитудно-частотная характеристика фильтра
Экспериментальное исследование фильтра проводилось на макете, геометрические размеры которого приведены в таблице 1 (четвертый столбец). В макете использовались круглые резонаторы как более технологичные.
Корпус фильтра имеет размеры 31х78 мм. Детали корпуса, соединителей, резонаторов изготовлены из латуни ЛС59. Для защиты от внешних воздействующих факторов корпус и резонаторы покрыты серебром, а соединители - никелем. Крышка крепится к корпусу при помощи 7 винтов М3. Крепление 11 резонаторов осуществляется с помощью стопорных винтов М2.
Эксперимент проводился на установке, содержащей анализатор цепей типа №234Акомпании Agilent [3], комплект кабелей и переходов. Результаты эксперимента в виде АЧХ фильтра приведены на рисунке 3 для полосы анализируемых частот от 10 МГц до 24 ГГц.
Рис. 3. - Экспериментальная амплитудно-частотная характеристика фильтра
Из рисунка видно, что потери в полосе пропускания 4 - 8 ГГц не превышают 1,5 дБ. Заграждение при отстройке вниз на 1 ГГц (на частоте 3 ГГц) составляет более 50 дБ. Заграждение при отстройке вверх на 2 ГГц (на частоте 10 ГГц) составляет более 70 дБ. В полосе 16800 - 21 ГГц имеется ложная полоса пропускания. На верхнем скате АЧХ имеется узкий всплеск.
Таблица № 2
Параметры фильтра
Наименование параметра, Задано Получено в Получено в
размерность модели эксперименте
Бн, ГГц 4 4 4
Бв, ГГц 8 9 8
Потери в полосе пропускания, не более, дБ 3 1,2 1,28
Потери при отстройке Бн-1ГГц, дБ 50 > 60 >50
Потери при отстройке Бв+2 ГГц, дБ 50 > 60 > 70
Потери на второй гармонике, дБ 50 > 60 >50
Волновое сопротивление входа и выхода, Ом 50/50 50/50 50/50
Граничные частоты ложной полосы пропускания, ГГц - 16,5 - 21,5
Выводы:
1. Проведено моделирование и экспериментальное исследование фильтра с полосой 4-8 ГГц. Фильтр построен на встречных стержнях с 13 резонаторами.
2. Достигнуты параметры, приведенные в таблице 2.
3. Исследованный фильтр может найти применение в приемниках СВЧ [4 - 9].
4. При выполнении работы был полезен предыдущий опыт авторов [10].
Литература
1. Леонченко В.П., Фельдштейн А.Л., Шепелянский Л.А. Расчет полосковых фильтров на встречных стержнях. Справочник. -М.: Связь, 1975. - 312 с.
2. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. - М.: Солон-Пресс, 2003. - 496 с.
3. Keysight Technologies. Контрольно-измерительные решения. Каталог 2015. М.: Keysight Technologies. - 476 с.
4. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. Wiley-Interscience Publication, 1986. - 460 p.
5. Пустовалов А.И. Двухканальное приемное устройство СВЧ диапазона. Инженерный вестник Дона, 2010, №2. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.
6. Шурховецкий А.Н. Многоканальная частотно-избирательная система СВЧ диапазона на основе направленных фильтров бегущей волны. Инженерный вестник Дона, 2010, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
7. Справочник по радиолокации в 2-х книгах. Книга 1. Под ред. М.И. Сколника. - М.: Техносфера, 2014. - 672 с.
8. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. Учебное пособие. - М.: Вузовская книга, 2007. -356 с.
9. R.K. Mongia, I.J. Bahl, P. Bhartia, and J. Hong RF and Microwave CoupledLine Circuits, Second Edition. Artech House, 2007. - 578 p.
10. Андрианов А.В., Зикий А.Н., Пустовалов А.И. Моделированиеиэкспериментальноеисследованиетрактовогофильтранавстре чныхстержнях. Инженерный вестник Дона, 2016, №4. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/22N4y 16/3701.
References
1. Leonchenko V.P., Feldshtein A.L., Shepelyansky L.A. Raschet poloskovih
filtrov na vstrechnih sterzhnyah. Spravochnik. [Calculation of the strip-line filters on quarter-wave resonators. Handbook]. M. Svyaz, 1975. 312 p.
2. Razevig V.D., Potapov Y.V., Kurushin A.A. Proektirovanie SVCH ustrojstv
s pomoschyu Microwave Office [Designing of microwave devices using Microwave Office]. M.: Solon-Press, 2003.496 p.
3. Keysight Technologies. Kontrolno - izmeritelnye resheniya. Catalog 2015.
[Instrumentation solutions. Catalog 2015]. M. Keysight Technologies. 476p.
4. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications.
Wiley-Interscience Publication, 1986.460 p.
5. PustovalovA.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №2.URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.
6. ShurkhovetskiyA.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4.URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
7. Skolnik M.Spravochnik po radiolokacii [Radar Handbook]. M.:Technosfera,
2014.672 p.
8. Kupriyanov A.I., Saharov A.V. Teoreticheskiye osnovy radioelectronnoy
bor'by. Uchebnoe posobie [Theoretical bases of electronic warfare. The manual]. M.: Vuzovskayakniga, 2007. 356 p.
9. R.K. Mongia, I.J. Bahl, P. Bhartia, and J. Hong RF and Microwave Coupled-
Line Circuits, Second Edition. Artech House, 2007. 578 p.
10. Andrianov A.V., Zikiy A.N., Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №4.URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/22N4y16/3701.
