Cálculo de tiras de filtros de micro-ondas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O autor apresenta aos leitores o programa de computador "BPF-PP" desenvolvido por ele para cálculo de parâmetros de filtros de microondas de banda estreita.

O programa "BPF-PP" descrito a seguir permite calcular filtros de banda estreita em ressonadores de meia onda acoplados. Espero que seja do interesse dos rádios amadores que desenvolvem dispositivos de microondas. O programa é escrito na linguagem de programação GWBASIC, pode ser facilmente transformado em BASIC de qualquer versão e foi projetado para um usuário que possui conhecimento prévio de tecnologia de linha microstrip (MPL) e filtros elétricos. O leitor encontrará informações adicionais na literatura técnica, cuja lista é apresentada ao final do artigo.

Para adquirir rapidamente habilidades no uso do programa, consideremos um exemplo específico de cálculo. No texto, o conteúdo do programa exibido na tela está indicado entre aspas. Suponhamos que cálculos preliminares ou considerações de projeto tenham mostrado a necessidade de criar um filtro de segunda ordem com largura de banda de 694 a 734 MHz. Vamos fazer isso com base em folha de fibra de vidro dupla-face.

Após iniciar o programa, a seguinte mensagem aparecerá na tela do monitor:

"O tipo de filtro é indicado: Butterworth (2-9 pedidos) - V; Chebyshev (3-9 pedidos) - T.

Ordem do filtro (2-9)?".

Para esta pergunta, em nosso exemplo, digitaremos o número 2 no teclado. Além disso:

"tipo de filtro - B

resistência de carga, Ohm? cinquenta

Limites de largura de banda, GHz:

Topo? .734

mais baixo? .694

Frequência central da banda passante F0 = 0.7137186 ​​GHz"

A pedido

"Espessura da folha t, mm?

Espessura do substrato H, mm?

devem ser inseridas as dimensões em milímetros do material utilizado. Digamos que a espessura da folha seja t = 0,05 mm e o substrato de fibra de vidro seja H = 1,5 mm.

E para a consulta "Constante dielétrica E?" apresentamos para nosso exemplo E = 4,8.

Em seguida, os resultados do cálculo aparecerão na tela:

" ************ CÁLCULO EM ANDAMENTO **********

largura das tiras coladas W(0) = 2.67 mm

folga S(0,1) = 0.14 mm

quarto de onda - 52.15 mm

largura das tiras conectadas W(1) = 3.17 mm

folga S(1,2) = 3.13 mm

quarto de onda - 51.65 mm

largura da tira colada W(2) = 2.67 mm

folga S(2,3) = 0.14 mm

quarto de onda - 52.15 mm"

Com base nos resultados do cálculo, tomamos a seguinte decisão: em um dos lados da placa de folha de fibra de vidro, colocamos duas tiras de folha de largura W (0) e comprimento de 5,215 cm com folga S (0,1) entre eles. Colocamos o segundo par de tiras conectadas no mesmo lado da placa à direita, próximo ao primeiro, e a tira superior do segundo par deve ser uma continuação da tira inferior do primeiro par (ver figura), mas com largura própria W(1). A segunda tira do segundo par, com 5,165 cm de comprimento, é colocada com uma folga S(1,2) sob a primeira.

A primeira tira de 5,215 cm de comprimento do terceiro par com largura W(2) continua a segunda do segundo par. A segunda tira do terceiro par, com 5,215 cm de comprimento e largura W(2), ficará sob a primeira com um vão S(2,3). A folha no segundo lado da placa permanece sólida e intacta.

Assim, obtemos uma estrutura de quatro linhas de faixa localizadas uma abaixo da outra com lacunas S(0,1), S(1,2), S(2,3) e deslocadas em comprimento por um quarto de onda. As duas tiras internas servem como ressonadores de meia onda, e as duas externas servem como elementos de acoplamento de quarto de onda com o gerador e a carga. Nas extremidades das tiras externas, uma carga casada e um gerador ou linhas são conectados, tendo uma impedância de onda igual à do filtro.

Algumas palavras sobre o programa. As linhas de comando do 80º ao 240º são uma tabela com parâmetros de filtro - protótipos Butterworth da segunda à nona ordem e Chebyshev da terceira à nona ordem com ondulação de banda passante de 0,28 dB, o que é suficiente para a prática amadora na maioria dos casos.

(clique para ampliar)

Se necessário, em vez da tabela de protótipos, pode ser introduzida uma sub-rotina que determina os coeficientes dos filtros de protótipo de ordens superiores e com outros valores de não uniformidade.

Ressalta-se que para melhor convergência dos resultados práticos com os calculados, é necessário primeiro medir a permissividade dielétrica do laminado de fibra de vidro da placa utilizada. Para isso, é necessário fazer uma tira de comprimento arbitrário em outra placa do mesmo material, que servirá como ressonador de meia onda. Perto de uma de suas extremidades, a mesma linha é colocada paralelamente a uma lacuna (próxima do real), mas 5...10 vezes menor em comprimento. Esta linha atuará como um excitador ressonador. Para isso, um gerador é conectado a uma de suas extremidades e a outra é carregada com um resistor de 50 Ohm, previamente selecionado.

Na frequência de ressonância, exatamente no meio do ressonador, forma-se um nó de tensão, que é fixado pela cabeça do detector. A permissividade efetiva é determinada a partir da expressão , onde Fres é a frequência de ressonância em MHz; L é o comprimento do ressonador em metros. O valor da constante dielétrica e do material (entre no programa com a letra E) é obtido a partir da fórmula

onde h é a espessura da fibra de vidro, mm; W é a largura da tira do ressonador, mm.

Para tornar as medições da permissividade mais confiáveis, deve-se escolher um comprimento de ressonador bastante grande - 150...200 mm. Neste caso, a presença de uma capacitância final introduzirá apenas um pequeno erro. Ao fazer tais medições, costumo escolher a largura do vão entre a linha de excitação e o ressonador, bem como a largura da linha e do ressonador, igual ao dobro da espessura do substrato. As medições são realizadas em uma frequência não superior a 1 GHz.

Literatura

1. Dispositivos microeletrônicos de microondas (editados por G. I. Vasiliev). - M.: Ensino superior, 1986.
2. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Filtros de microondas, circuitos correspondentes e circuitos de comunicação. Volumes 1 e 2. - M.: Comunicação, 1972.
3. Fusco V. Circuitos de microondas. Análise e projeto auxiliado por computador. - M.: Rádio e comunicação, 1990.
4. Manual sobre cálculo e projeto de dispositivos de faixa de micro-ondas (editado por V. I. Volman). - M.: Rádio e comunicação, 1982.

Autor: O.Soldatov, Tashkent, Uzbequistão

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