Calcul des filtres hyperfréquences à bande. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'auteur présente aux lecteurs le programme informatique "BPF-PP" qu'il a développé pour calculer les paramètres des filtres hyperfréquences à bande étroite.

Le programme "BPF-PP" décrit ci-dessous permet de calculer des filtres à bande étroite sur des résonateurs demi-onde couplés. J'espère qu'il intéressera les radioamateurs développant des appareils à micro-ondes. Le programme est écrit dans le langage de programmation GWBASIC, peut être facilement transformé en BASIC de n'importe quelle version et est conçu pour un utilisateur ayant une connaissance préalable de la technologie des lignes microruban (MPL) et des filtres électriques. Le lecteur trouvera des informations complémentaires dans la littérature technique dont la liste est présentée en fin d'article.

Afin d'acquérir rapidement des compétences dans l'utilisation du programme, considérons un exemple de calcul spécifique. Dans le texte, le contenu du programme affiché à l'écran est indiqué entre guillemets. Supposons que des calculs préliminaires ou des considérations de conception aient montré la nécessité de créer un filtre de second ordre avec une bande passante de 694 à 734 MHz. Faisons-le sur la base d'une feuille de fibre de verre double face.

Après le démarrage du programme, le message suivant apparaît sur l'écran du moniteur :

"Le type de filtre est indiqué : Butterworth (2-9 commandes) - V ; Chebyshev (3-9 commandes) - T.

Ordre du filtre (2-9) ?".

Pour cette question, dans notre exemple, nous saisirons le chiffre 2 à partir du clavier.

"type de filtre - B

résistance de charge, Ohm? cinquante

Limites de bande passante, GHz :

Haut? .734

plus bas? .694

Fréquence centrale de la bande passante F0 = 0.7137186 GHz"

Sur demande

"Épaisseur de feuille t, mm ?

Epaisseur du support H, mm ?

les dimensions en millimètres du matériau utilisé doivent être saisies. Disons que l'épaisseur de la feuille est de t = 0,05 mm et que le substrat en fibre de verre est de H = 1,5 mm.

Et à la requête "Constante diélectrique E?" nous introduisons pour notre exemple E = 4,8.

Suite à cela, les résultats du calcul apparaîtront à l'écran :

" *********** CALCUL EN COURS **********

largeur des bandes collées W(0) =2.67 mm

jeu S(0,1) = 0.14 mm

quart d'onde - 52.15 mm

largeur des bandes connectées W(1) = 3.17 mm

jeu S(1,2) = 3.13 mm

quart d'onde - 51.65 mm

largeur de bande collée W(2) = 2.67 mm

jeu S(2,3) = 0.14 mm

quart d'onde - 52.15 mm"

Sur la base des résultats du calcul, nous prenons la décision suivante : sur un côté de la plaque de feuille de fibre de verre, nous plaçons deux bandes de feuille d'une largeur W (0) et d'une longueur de 5,215 cm avec un espace S (0,1) entre eux. Nous plaçons la deuxième paire de bandes connectées du même côté de la plaque à droite, près de la première, et la bande supérieure de la deuxième paire doit être une continuation de la bande inférieure de la première paire (voir figure), mais avec sa propre largeur W(1). La deuxième bande de la deuxième paire, longue de 5,165 cm, est placée avec un espace S(1,2) sous la première.

La première bande de 5,215 cm de long de la troisième paire de largeur W(2) continue la deuxième de la deuxième paire. La deuxième bande de la troisième paire, longue de 5,215 cm et large W(2), sera sous la première avec un écart S(2,3). La feuille sur le deuxième côté de la plaque est laissée solide et intacte.

Ainsi, on obtient une structure de quatre rubans disposés les uns en dessous des autres avec des intervalles S(0,1), S(1,2), S(2,3) et décalés en longueur d'un quart d'onde. Les deux bandes internes servent de résonateurs demi-onde, et les deux externes servent d'éléments de couplage quart d'onde avec le générateur et la charge. Aux extrémités des bandes extérieures, une charge adaptée et un générateur ou des lignes sont connectés, ayant une impédance d'onde identique à celle du filtre.

Quelques mots sur le programme. Les lignes de commande du 80e au 240e sont un tableau avec des paramètres de filtre - prototypes Butterworth du deuxième au neuvième ordre et Chebyshev du troisième au neuvième ordre avec une ondulation de bande passante de 0,28 dB, ce qui est suffisant pour la pratique amateur dans la plupart des cas.

(cliquez pour agrandir)

Si nécessaire, à la place de la table des prototypes, on peut introduire un sous-programme qui détermine les coefficients des filtres prototypes d'ordres supérieurs et avec d'autres valeurs de non-uniformité.

Il convient de noter que pour une meilleure convergence des résultats pratiques avec ceux calculés, il est nécessaire de mesurer au préalable la permittivité diélectrique du stratifié de fibres de verre de la plaque utilisée. Pour ce faire, il est nécessaire de réaliser une ligne triplaque de longueur arbitraire sur une autre plaque du même matériau, qui servira de résonateur demi-onde. Près d'une de ses extrémités, la même ligne est placée en parallèle avec un écart (proche du réel), mais 5 ... 10 fois plus court en longueur. Cette ligne agira comme un résonateur excitateur. Pour ce faire, un générateur est connecté à l'une de ses extrémités, et l'autre est chargée d'une résistance de 50 Ohm, sélectionnée à l'avance.

À la fréquence de résonance, exactement au milieu du résonateur, un nœud de tension est formé, qui est fixé par la tête du détecteur. La permittivité effective est déterminée à partir de l'expression , où Fres - fréquence de résonance en MHz ; L est la longueur du résonateur en mètres. La valeur de la constante diélectrique e du matériau (entrer dans le programme avec la lettre E) est obtenue à partir de la formule

où h est l'épaisseur de la fibre de verre, mm; W est la largeur de la bande de résonateur, mm.

Pour rendre les mesures de la permittivité plus fiables, il faut choisir une longueur de résonateur assez grande - 150...200 mm. Dans ce cas, la présence d'une capacité d'extrémité n'introduira qu'une erreur mineure. Lors de telles mesures, je choisis généralement la largeur de l'écart entre la ligne d'excitation et le résonateur, ainsi que la largeur de la ligne et du résonateur, égale à deux fois l'épaisseur du substrat. Les mesures sont effectuées à une fréquence ne dépassant pas 1 GHz.

littérature

1. Dispositifs micro-ondes microélectroniques (sous la direction de G. I. Vasiliev). - M. : Lycée supérieur, 1986.
2. Mattei G. L., Young L., Jones E. M. T. Filtres hyperfréquences, circuits d'adaptation et circuits de communication. Tomes 1 et 2.-M. : Communication, 1972.
3. Fusco V. Circuits hyperfréquences. Analyse et conception assistée par ordinateur. - M. : Radio et communication, 1990.
4. Manuel sur le calcul et la conception des dispositifs à bande micro-ondes (édité par V. I. Volman). - M. : Radio et communication, 1982.

Auteur : O.Soldatov, Tachkent, Ouzbékistan

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