BPF на 1.2 ГГц на плате., Чем такое достоверно помоделировать? Опции

[Velund]

Доброе время суток!

Наклюнулся тут один некоммерческий в сути своей прожект... 8-) Смастерить NBFM радиостанцию на любительский диапазон 1.2 ГГц - нечто простенькое и недорогое в комплектухе, что можно будет в паре десятков копий повторить с собственно монтажом желающими и настройкой уже в нормальных условиях. 8-)

Один из затыков - полосовики входные по приему. Спиральники в Штатах на digikey доступны на нужный диапазон, но стоят неимоверно в малых количествах. Возникла идея сделать фильтр на печати (габариты не очень критичны).

Скажу сразу, что с ВЧ техникой я работал очень много, но в основном в смысле ремонта и настройки промышленных изделий. Моделированием заниматься не приходилось, поэтому хотелось бы узнать у гуру, чему из софта можно верить для подобных задач в этом диапазоне и на что стоит тратить время в смысле освоения... ;-)

[Lonesome Wolf]

Доброе время суток!

Наклюнулся тут один некоммерческий в сути своей прожект... 8-) Смастерить NBFM радиостанцию на любительский диапазон 1.2 ГГц - нечто простенькое и недорогое в комплектухе, что можно будет в паре десятков копий повторить с собственно монтажом желающими и настройкой уже в нормальных условиях. 8-)

Один из затыков - полосовики входные по приему. Спиральники в Штатах на digikey доступны на нужный диапазон, но стоят неимоверно в малых количествах. Возникла идея сделать фильтр на печати (габариты не очень критичны).

Скажу сразу, что с ВЧ техникой я работал очень много, но в основном в смысле ремонта и настройки промышленных изделий. Моделированием заниматься не приходилось, поэтому хотелось бы узнать у гуру, чему из софта можно верить для подобных задач в этом диапазоне и на что стоит тратить время в смысле освоения... ;-)

Попробуйте Genesys. Я пользовал версию 2003 и остался очень доволен - мало времени для освоения "с нуля" - конечно для более или менее простых задач. Достоверность моделирования - вполне адекватна. Промоделировал-запаял-работает. Моделировал усилители в основном с цепями согласования и коррекции АЧХ, как в виде ФНЧ, так и ФВЧ.
В Genesys прекраксные возможности синтеза фильтров - но сам я ими не пользовался.


P.S.

С моей точки зрения лучше использовать сосредоточенные элементы для реализации фильтров - у народа тут рефлекс срабатывает - гигагерцы - значит полоски. Но это не так - особенно внизу.

[andybor]

чему из софта можно верить для подобных задач в этом диапазоне и на что стоит тратить время в смысле освоения... ;-)

Если согласно вашим расчетам "микрополосковая технология" обеспечит требуемые параметры фильтра, то можно использовать любой коммерческий симулятор: MWO, Genesys, Ansoft Designer , ADS. Первые три наиболее просты в освоении. Результаты моделирования, у всех вышеперечисленных, примерно одинаковы, и более менее соответствуют итоговым.

[EVS]

Действительно, есть сомнения, что МПЛ фильтр может быть
использован для NB радиостанции, хотя все зависит от требований
к ней. В частности, фанаты ATV 23см очень часто пользуют
объемные резонаторы.
По теме..
В книге Practical RF Circuit Design for Modern Wireless
Systems—Volume I, Passive Circuits and Systems
By Les Besser and Rowan Gilmore
Artech House, 2003, 539 pages
сравниваются несколько коммерческих программ именно с
точки зрения синтеза фильтров:
Eagleware MFilter (Genesys)
AWR Microwave Office
Agilent ADS
Forem ECM
Optotek MMICAD
Без дополнительной настройки и оптимизации только один продукт
полностью выполнил заданные требования - ADS, за что (в том
числе) его и уважаю. А использование в нем smart component's
с Design Guide позволяет даже начинающему без проблем
спроектировать практически все стандартные элементы, в т.ч.
фильтры. Причем с оптимизацией, анализом чувствительности и
готовыми шаблонами для выходных данных.
Кроме того, для разработки крайне желательно (читай - необходимо)
использовать ЕМ симулятор. Любой. Желательно с параметрикой.
Личные предпочтения (для фильтров) - Sonnet, IE3D, Designer.
И еще.. Все продукты предлагают синтез только "стандартных"
фильтров - шпильки, на связанных линиях, интердигитал и т.д.
Много интереснее и, часто, оптимальнее, "нетрадиционные"
конфигурации - на дисковых, кольцевых, петелевых разной
формы резонаторах, на DG (Defected Ground) структурах.
Практически проектируются только в ЕМ симуляторе плюс таблицы.
Рекомендую книгу:
Microstrip Filters for RF/Microwave Applications.
Jia-Sheng Hong, M. J. Lancaster
Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Inc.
ISBNs: 0-471-38877-7 (Hardback); 0-471-22161-9 (Electronic)
Минимум необходимой теории - много практики.
Удачи.

[Lonesome Wolf]

Личные предпочтения (для фильтров) - Sonnet, IE3D, Designer.

Поделитесь пожалуйста впечатлениями от IE3D. В особенности, если приходилось считать волноводные штучки.

Заранее благодарю

[logmaster]

Действительно, есть сомнения, что МПЛ фильтр может быть
использован для NB радиостанции, хотя все зависит от требований
к ней. В частности, фанаты ATV 23см очень часто пользуют
объемные резонаторы.
...

Кстати, вопрос по объемным резонаторам: не посоветуете ли книги, в которых есть расчет спиральных трансформаторов, трансформаторов на ферритовых кольцах? Пусть даже приближенный, радиолюбительский подход - лишь бы можно было получить разумные приближения. И очень интересны книги с информацией по расчету диэлектрических резонаторов, возбуждаемых микрополосками. Очень был бы признателен.

[andybor]

С моей точки зрения лучше использовать сосредоточенные элементы для реализации фильтров - у народа тут рефлекс срабатывает - гигагерцы - значит полоски. Но это не так - особенно внизу.

Это не "рефлекс срабатывает." Это так закон сохранения энергии себя так проявляет.
Сосредоточенные компоненты(ёмкости, индуктивности), на частотах порядка 1ГГц, имеют низкую добротность - десятки, а то и только единицы. Плюс разброс параметров и температурная нестабильность. Поэтому получить нормальные параметры у фильтра с такой реализацией - задача неосуществимая.

[Lonesome Wolf]

С моей точки зрения лучше использовать сосредоточенные элементы для реализации фильтров - у народа тут рефлекс срабатывает - гигагерцы - значит полоски. Но это не так - особенно внизу.

Это не "рефлекс срабатывает." Это так закон сохранения энергии себя так проявляет.
Сосредоточенные компоненты(ёмкости, индуктивности), на частотах порядка 1ГГц, имеют низкую добротность - десятки, а то и только единицы. Плюс разброс параметров и температурная нестабильность. Поэтому получить нормальные параметры у фильтра с такой реализацией - задача неосуществимая.

Напротив, при таких частотах размеры МПЛ компонентов весьма значительные, следовательно, велики объемные потери в диэлектрике, если использовать обычные материалы. Поэтому, если речь идет о низкодобротных/широкополосных устройствах, то, с моей точки зрения, предпочтение следует отдавать сосредоточенным компонентам - добротности порядка 50-100 у обычных катушек 0402 или 0603 и больше 100 у High-Q компонентов вполне достаточны. Конечно, речь не идет о построении высокодобротных систем. А стабильность у таких компонентов достаточна высока для их области применения. Более того, именно их использование обеспечивает высокую воспроизводимпсть параметров устройств. (Проверено )

[andybor]

[предпочтение следует отдавать сосредоточенным компонентам - добротности порядка 50-100 у обычных катушек 0402 или 0603 и больше 100 у High-Q компонентов вполне достаточны.

Для своих высокочастотных индуктивностей 0603 muRata даёт разброс по добротности 8...50 на частотах до 800МГц, плюс разброс по номиналу до 20%.
С такими параметрами можно говорить только о низкокачественных полосовых фильтрах, либо о маломощных ФНЧ, ФВЧ. Хотя такие тоже иногда требуются.

[Lonesome Wolf]

Для своих высокочастотных индуктивностей 0603 muRata даёт разброс по добротности 8...50 на частотах до 800МГц, плюс разброс по номиналу до 20%.
С такими параметрами можно говорить только о низкокачественных полосовых фильтрах, либо о маломощных ФНЧ, ФВЧ. Хотя такие тоже иногда требуются.

В аттаче два snapshots из pdf-ки на катушки индуктивности muRarta иллюстрирующие Q-vs.-f характеристики. На частотах от 1000 МГц все в порядке - Q ~ X/R без учета потерь в каркасе.


И разброс по номиналу у них +/-2% и +/-5%

Эскизы прикрепленных изображений

 

[andybor]

[В аттаче два snapshots из pdf-ки на катушки индуктивности muRarta иллюстрирующие Q-vs.-f характеристики. На частотах от 1000 МГц все в порядке - Q ~ X/R без учета потерь в каркасе.

И разброс по номиналу у них +/-2% и +/-5% 

Разброс +-2 и 5% только у катушек с индуктивностью более 10nH, у них же и добротность меньше 50. А у тех LQW18A...10, что подобротней, судя по данным в симметроновском каталоге, разброс под 10...20%:
2,2+-0,5nH;
5,6+-0,5nH;
8,2+-0,5nH.

Да и ряд E24 вряд-ли позволит без подстроечных элементов обойтись. Пользоваться-же на 1ГГц подстроечным конденсатором - неблагодарное занятие.

Да и добротность в районе 100, тоже надо сказать, отстой. Если реализовывать более-менее избирательный фильтр, то потеряешь в нем больше половины мощности.

[andybor]

Кстати, вопрос по объемным резонаторам: не посоветуете ли книги, в которых есть расчет спиральных трансформаторов, трансформаторов на ферритовых кольцах? Пусть даже приближенный, радиолюбительский подход - лишь бы можно было получить разумные приближения. И очень интересны книги с информацией по расчету диэлектрических резонаторов, возбуждаемых микрополосками. Очень был бы признателен.

Насчет "спиральных трансформаторов": Hикогда не слышал про такие.
Если имеются ввиду спиральные резонаторы, то первоисточники по ним следущие:
1. I. Zverev. Handbook of Filter Synthesis(New York: John Wiley and Sons, 1967).
2. Л.В.Алексеев. Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов. Москва, Связь, 1976.

По фильтрам на ДР, можно почитать следущее:
Безбородов. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах.Киев, Тэхника.
Скачать можно на:
http://ryabukhin.narod.ru/
Там кстати есть графики зависимости связи ДР с МПЛ, щелью и штырём.

[Lonesome Wolf]

Разброс +-2  и  5% только у катушек с индуктивностью более 10nH, у них же и добротность меньше 50. А у тех LQW18A...10, что подобротней, судя по данным в симметроновском каталоге, разброс под 10...20%:
2,2+-0,5nH;
5,6+-0,5nH;
8,2+-0,5nH.

Да и ряд E24  вряд-ли позволит без подстроечных элементов обойтись. Пользоваться-же на 1ГГц подстроечным конденсатором - неблагодарное занятие.

Да и добротность в районе 100, тоже надо сказать, отстой. Если реализовывать более-менее избирательный фильтр, то потеряешь в нем больше половины мощности.

А "более-менее" это как? Вот мне сделали ФНЧ на 1.7 ГГц с затуханием на 1.8 ГГц по условиям 10 дБ. На полосках - так потери 3 дБ.
Это отстой?

Пришлось переделать...



P.S. Может я смотрел плохо, но у катушек и в 22 нГн добротность OK на частотах до 2 гиг.

[Yuri Potapoff]

Согласен с Lonesome Wolf, что фильтры на 1 гиг на сосредоточеных элементах существуют, причем в некоторых случаях они дают наилучшие характеристики и габарит.

К сожалению, не могу привести пример, так как было это очень давно. Но технология следующая: катушки всегда воздушные 2-3 три витка на диаметре 2-3 мм, при этом получается максимально возможная добротность. Контенсаторы использовались встречно-штыревые, реализованые на поликоре. Причем если сама плата делалась из текстолита, а поликоровая платка припаивалась в месте, где должен стоять конденсатор. Подстройка отсушествлялась, естественно, сдвиганием-раздвиганием витков, а также индиевыми нашлепками на встречно-штыревую структуру (дает возможность точного изменения емкости +/- 0.5 пф.

Одна проблема - такие фильтры невозможно изготовить в домашних условиях и они недешевы. И это противоречит исходной задаче.

[Velund]

В общем чем дальше продвигается дискиссия, тем меньше у меня уверенности в своих силах насчет изготовления таких чудес... ;-) Хотя народ все же делает это на колене (см. например схему http://www.hamradio.si/10ghz/ssb24.jpg и плату http://www.hamradio.si/10ghz/ssb25.jpg)... Этак вызывающе просто, хотя данная конструкция у меня вызывает кучу вопросов.... ;-)

Возникла было даже идея использовать резонаторы в виде П-образных кусков толстого серебреного провода (с одной стороны запаивается в "земляное" отверстие, с другой в отверстие соединенное с площадкой под SMT емкость. Тонкая настройка - погдибанием лепестка, запаянного в "земляное" отверстие рядом с "горячим" концом. Отводы паяются прямо на резонатор с полоска в нужном месте.) Но как это моделировать еще меньше ясности - как бы не оказалось проще грубо посчитать, а потом сесть на вечерок-другой к приборам на работе и поиграться, посмотреть что из этого реально получается. ;-)