Теоретические сведения. Электродинамический анализ микрополосковых фильтров комплексом программ Ansoft Designer

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ комплексом программ Ansoft Designer

Лабораторная работа №5

Требования к отчету

Отчет включает в себя рабочий файл проекта схемы в среде ADS, вариант задания, частотные характеристики усилителя: графики выходной мощности усилителя, коэффициента усиления по мощности, КПД усилителя. График зависимости выходной мощности от входной. Спектр интермодуляционных составляющих при воздействии двух сигналов.

Цель работы: Изучение программной среды Ansoft Designer, включающего в себя программу синтеза фильтров, программу схемотехнического анализа и программу электродинамического (ЕМ) анализа микрополоскового фильтра.

Инструментарий: компьютерный класс МИЭТ, программа Ansoft Designer SV2.2

Продолжительность работы 6 часов.

Проектирование фильтра состоит из иерархических уровней: на самом высоком уровне реализуется синтез фильтра. Программа синтеза позволяет разработчику на основе заданной частотной характеристики выбрать приближенную структуру фильтра. На схемотехническом уровне проводится схемотехнический анализ и параметрическая оптимизация микрополоскового фильтра, на самом низком уровне (наиболее точным) проводится электродинамический (ЕМ) анализ микрополоскового фильтра.

С математической точки зрения моделирование электродинамического объекта сводится к решению краевой задачи электродинамики, заключающейся в решении уравнений Максвелла в некоторой области V с заданными граничными условиями. В зависимости от формы области V и свойств заполняющей ее среды для решения уравнений Максвелла используются различные методы. В областях простой правильной формы с однородным изотропным заполнением существуют аналитические решения, выражающие напряженности электрического и магнитного полей через известные математические функции координат и времени или ряды из этих функций. Они являются точными в том смысле, что используемые математические функции и ряды можно вычислить с любой заданной точностью, ограниченной только количеством разрядов, используемых для представления чисел.

Для более сложных областей аналитическое решение задачи найти не удается и приходится решать ее численными методами.

В современных программных продуктах наибольшее распространение получили математические модели в виде систем дифференциальных уравнений Максвелла в трехмерном пространстве и интегральная форма уравнений, для которой требуется функция распределения поля в пространстве (функция Грина) [1]. Общим условием является используемая гармоническая функция поля. Результатом дифференциальной формы модели являются амплитуды Е и Н полей в трехмерном пространстве, получившей название модель 3D, результатом интегральной формы модели являются амплитуды токи в металлических проводниках, в случае плоской структуры получившей название модель 2D. Общим для обеих моделей является представление результатов в виде S параметров высокочастотного объекта.

Программа ANSOFT DESIGNER (ANSYS) [4] предлагает разные иерархические уровни проектирования высокочастотных фильтров, включая синтез, схемотехнический анализ и электродинамического моделирования микрополосковых схем. Каждый уровень проектирования позволяет автоматически производить экспорт устройства с одного уровня на следующий.

Лабораторное задание

В соответствии с заданием (таблица 1) выполнить проектирование высокочастотного полосового фильтра,

Тип фильтра	interdigital short	interdigital open.	Edge Coupled
Порядок фильтр
Варианты заданий
Центральная частота Ггц	1.			2.5	1.4	2.5	1.5

Таб.1

Диэлектрическая постоянная подложки Er = 3,38, высота подложки h=0,5 мм.

Типы фильтра interdigital short и interdigital open представляют собой структуру многосвязанных микрополосковых отрезков, разомкнутых с одного конца и замкнутых с другого. Тип фильтра Edge Coupled представляет собой структуру каскадного соединения двух связанных микрополосковых отрезков.

Проектирование включает три уровня. На начальном уровне проводится синтез фильтра. На следующем уровне проводится экспорт синтезируемой структуры в программу схемотехнического анализа, и расчет S параметров фильтра, Геометрические размеры длины, ширины микрополосков, а также размеры зазоров связанных линий в виде переменных p,w,s являются исходными данными для электродинамического проектирования. На следующем уровне активируется программа ЕМ анализа и на рабочем поле формируется фильтр в котором координаты геометрических фигур представлены выбранными переменными p,w,s. Результатом ЕМ анализа является коррекция фильтра, с использованием переменных параметров.

Дата добавления: 2017-01-13