книги из ГПНТБ / Микроминиатюризация высокочастотных радиоустройств
..pdf100
F l
t . |
а |
Z i L______! z ff_
Р и с .4 .I . Схема фильтра нижних частот .
Для схемы р и с .4 .1 L=L1=L1-LZ', С = С і-С І - 2Со~2СЗ.
Расчётное затухание трех звеньев на удвоенной частоте среза
составляет 40 |
д б . |
|
|
|
|
|
|
|
||
В экспериментальных образцах фильтра величины параметров |
||||||||||
элементов при |
сопротивлении нагрузки |
RH= 75 |
8м, |
в соответ |
||||||
ствии с |
-формулами |
(4 .1 ) и ( 4 .2 ) , получены равными |
|
42 пф. |
||||||
Z / -Z 2 |
13 |
= |
0 ,2 4 |
мкГн; |
С0 =СЗ = 21 |
пф; |
С!=£2 = |
|||
Конструктивно фильтр выполнен на подложке из |
ситалла |
|||||||||
CT50-I с размерами 16x30x0,6 мм. Топологический чертеж фильтра показан на р и с ,4 .2 . Конденсаторы, сопротивление нагрузки и проводники нанесены на подложку методом вакуумного напыления с помощью съемных м асок. Для напыления обкладок конденсатора,
проводников и контактных площадок применен алш иний, для ре зист ора-нихрон. Диэлектриком конденсаторов служит моноокись кремния. Конструкция конденсаторов позволяет рационально про изводить изменение их емкости в процессе настройки фильтра.
Емкость одного элемента "матричного" конденсатора составляет
1 ,6 пф +20$. Максимально возможное изменение емкостей конден-
I IO -
Р ш с .4 .2 . Топологический чертей ФНЧ
102
оаторов С ! |
и |
С 2 |
в процессе регулировки составляет ±4,6%. |
||||||
Конденсатор» |
Со |
и |
СЗ |
состоят из двух последовательно сое |
|||||
диненных пленочных конденсаторов, |
один из которых |
|
|
||||||
а второй - |
постоянной емкости. |
, |
Дяя них величинарегулируемый, |
||||||
|
максиналь- |
||||||||
|
|
|
|
||||||
но возможного изменения составляет такие +4,65?. |
|
|
|||||||
Катушки индуктивности |
L f,L 2 ,L 3 - плоские навесные, |
выпол |
|||||||
нены из провода марки ПЭЛШО 0 ,0 9 . |
Число витков катушки |
п |
= 8 , |
||||||
наружный диаметр |
Ду = 4 ,5 ш , внутренний диаметр Т>вн- |
1 ,9 |
мм, |
||||||
добротность |
|
5 |
= 80 на частоте 95 МГц. |
|
|
||||
На рис.4 .3 |
приведены частотные характеристики затухания |
|
|||||||
ФНЧ, из которых первая построена по расчётам данным, вторая - - по данным измерения экспериментальных образцов. Неравномер ность частотной характерастики в полосе пропускания для экспе риментальных образцов не превышает 2 дб. Измерения производи лись о поиошью измерителя частотных характеристик Х І-І9 .
На основании полученных результатов можно сделать заключе ние о том, что современный уровень тонкопленочной технологии позволяет создавать конструкции гибридных пленочных ФНЧ с частотой среза порядка 100 МГц о параметрами не хуже, чем у фильтров на дискретных элементах, но отличающихся значительно меньшими размерами.2
2 . СИНТЕЗ с т а н тіОСОВОРО ФИЛЬТРА и методика ра сч ёта
При проектировании полосовых узкополосных фильтров на' эле ментах о сосредоточенным параметрами в диапазоне 100-1000 МГц возникают трудности, которое сводятся к следующим. При расчёте параметров элементов по известным формулам [4 .1 , 4.2] получа-
103
|
втоя величины индуктив |
||
|
ностей и емкостей, кото |
||
|
рые трудно реализовать в |
||
|
гибридной пленочной или |
||
|
печатной конструкции. На |
||
|
пример, для фильтра с цен - |
||
|
тральной частотой |
||
|
/в= 580 МГЦ и полосой про |
||
|
пускания |
л / = іо МГц |
|
|
индуктивности должны быть |
||
Рио.4 .3 . Частотная характеристика |
величиной І,6 *І0 ~ * и |
||
2 ,7 мкГн, |
а емкости |
||
затухания ® Ч . |
|||
|
|
||
І,7 7 * І(Г 2; 2 ,8 .ІО-2 и
470 d$ . Наличие емкостных и индуктивных элементов слишком ма
лой величина помимо конструктивных трудностей, |
приводит такие |
к большим потерям в полосе пропускания и з-за |
добротно |
стей элементов. |
|
В качестве простых фильтров могут быть применены мостовые симметричные четырехполюсники. Указанные ш ве недостатки этих схем можно устранить, если найти для них эквивалентную неурав-
новеяеннуг форму. С этой целью рассмотрим схему мостового фильтра о зеркальными параметрами ( р и с .4 .^ ) . Для этой схемы справедливы следующие соотношения [4.1] :
Q |
l - S l - J |
± |
■ |
|
(4 .3 ) |
с з _ 6 ( 2 + # ; |
. |
|
|||
C f |
С4 |
2 а |
* |
|
(4 .4 ) |
С2 |
a ( t + |
|
' |
|
|
|
|
* |
|
■ |
(4 .5 ) |
|
|
|
|
|
|
104
Р и с.4 .4 . Преобразование схемы мостового фильтра о зеркальными параметрами
а - исходная схема; б ,в ,г - промежуточные схемы.
105
L/ = |
|
|
|
Ro |
|
|
|
||
2 Т m |
(/o - / - / ? ) |
||||||||
|
9 _ |
||||||||
, |
2 |
{ in |
_______t |
, |
|||||
|
|
|
m Ro |
|
|
|
|||
|
|
|
t |
|
- n ) |
обозначения; |
|||
В формулах (4 .3 -4 .7 ) |
приняты |
||||||||
|
|
171 |
~ Y f |
~ 7?d |
|
’ |
|||
/ ? о о |
— |
2 |
-~/ •- |
// |
/ |
■ |
|||
= |
|
//7 |
|
||||||
8 - / - П -/<« - /<*°2 ~/п
а = /о -/./г - /п ~/ о ;
№ .6)
(4 .7 )
/я - |
сопротивление нагрузки; |
|
верхняя граничная частота полосы пропускания; |
||
2 |
- |
нижняя граничная частота полосы пропускания; |
// оо |
” |
частота полюса в нижней полосе непрозрачности; |
/о |
- |
частота полюса в верхней полосе непрозрачности; |
с*>1 |
- |
|
центральная частота полосы пропускания.
Приведем симметричный мостовой четырехполюсник (р и с .4 .4 ,а)
к неуравновешенной форме. При этом, пользуясь общей теорией,
изложенной |
в |
работе [4 .з ] , |
проведем четыре |
этапа преобразова |
||||||
ния. |
|
|
р иСс .4 .4 ,а удаляем |
емкость |
СЗ |
и получаем схему |
||||
|
Из схемы |
|
||||||||
р и с .4 .4 ,б , |
где |
5=С2-СЗ |
. Схема может |
быть реализована, если |
||||||
|
|
,L что выполняется при |
g |
|
|
|||||
С2>СЗ |
. |
|
|
|||||||
|
Цепь |
|
f,d ,C 5 |
(р и о .4 .4 ,б ) |
преобразуем |
в эквивалентную |
||||
ей |
L3,C6,C7 |
( р и с .4 .4 ,в ) . Параметры цепи |
равны |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
і і = ~ ( 7 7 ~ Ш ) 2 >
'Cf f a
C ß -C 5 (i + - jj j ) ;
C 7 -C 1 (1 + ~ Щ ) •
106
CS
а)
* )
Р и с. 4 .5 . Схемы несимметричных Т-оо'разяых полосовых фильтров.,
а - с емкостной ветвью; б - с индуктивной ветвью.
Разделяем емкость С 7 полностью, что возможно при С 7 > С 4
е
и1 . Получаем схему р и с .4 .4 ,г , где
no-Q±JLL
Cö С7 -С4 •
Из схемы р и с .4 .4 ,г »чцрям емкость С 6 в качестве мостовой ветви. Получим Т-образную мостовую схему с емкостной ветвью рис.4 .5 ,а , где
|
- |
- |
107 |
- |
и = |
а |
Z3 . |
||
|
|
2 |
. |
' |
С Ю = 2 С б ; |
|
|||
С 9 |
= |
С 6 |
|
|
|
|
|
||
Схема физически реализуется, |
если |
L Z > 1 5 . |
||
Бели из схемы р и с.4 .4 ,г |
|
выделить индуктивность 2 5 в |
||
качестве мостовой ветви, то получим Т-образную мостовую схе му с индуктивной ветвью р и с .4 ,5 ,6 , где
L5 = |
L Z . |
|
1 6 = 2 1 5 ;
С6 С 8
СН = 2 - С 6 - С 8
Схема физически реализуется, |
если |
С 6 > С 8 • Это условие вы- |
||
полняется для отношений |
в |
(1 - |
5 ). |
|
# ^ |
|
|||
При расчётах можно пользоваться графиками р и с.4 .6 , |
которые |
|||
построены по формулам преобразования, приведенным выше. |
На гра |
|||
фиках приведены зависимости величин параметров элементов схемы
от центральной частоты полосы пропускания. Раочёт с по
мощью графиков позволяет значительно быотрее определить пара метры элементов фильтра с достаточной для практики точностью.
Как показали исследования, при современном состоянии тех нологии полосовые фильтры на частоты до 400 МГц целесообразно выполнять вакуумным напылением элементов, а свыше 400 КГц - по фотохимическому методу изготовления печатных плат.
со
108
Р и с .4 .6 . Графики зависимости параметров |
элементов Т-образной мостовой схемы |
||
фильтра от центральной частоты /<, при |
а / = Ю МГц и |
Rn |
= 75 Ом. |
|
|
|
|
109
|
|
3 . КОНСТРУКЦИИ МАЛОГАБАРИТНЫХ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ |
|||||||||||
|
Ддя полосового фильтра по |
схеме р и с .4 .5 ,а |
с |
параметрами |
|||||||||
/о = 580 |
МГц, |
л/ = |
ІО МГц, |
R0 = |
75 |
вм, |
ßr' |
= 3 расчётные |
|||||
величины параметров |
элементов равны: |
СЗ |
= з |
пф, |
С7= |
0,45пф , |
|||||||
С9 |
= 0 ,7 |
пф, |
СЮ |
= |
0 ,2 пф, |
LÖ = |
0,088 |
мкГн, |
L4 = |
0,54мкГн |
|||
|
Топологический чертеж конструкции с односторонним распо |
||||||||||||
ложением |
элементов показан на р и с .4 .7 . |
Фильтр выполнен на |
|||||||||||
плате размером 35x46x1,0 мм из фольгированного армированного фторопласта ФАФ-4. Элементы на печатной плате выполнены фото химическим методом. В качестве конденсаторов используются распределенные емкости между торцами параллельных проводников
Ва р и с .4 .8 |
показана зависимость затухания |
ß |
фильтра от |
частоты / |
, построенная по результатам измерений на образце |
||
полосового фильтра с односторонним расположением элементов.
Топологический чертеж конструкции с двусторонним распо
ложением элементов полосового фильтра показан на р и с .4 .9 . Эк спериментальные образцы фильтра изготовлены на плате разме
ром 34x33x2 мм из материала ПТ-10 с диэлектрической прони цаемостью а = 1 0 . Материал платы является одновременно диэ
лектрическим слоем конденсаторов. Ддя изготовления фильтра обе поверхности диэлектрической пластины предварительно ме таллизируются. Элементы на плате выполняются фотохимическим
методом.
На р и с .4 .1 0 изображена частотная характеристика затуха ния образца полосового фильтра с двусторонним расположением элементов, построенная по результатам измерений.
Сопоставление экспериментальных образцов полосовых филь-