Разработка полосового фильтра СВЧ диапазона, выполненного на основе микрополосковых линий

Введение 3
Глава 1. Типы передающей линии, используемые для построения фильтров, материалы подложки передающей линии, типы фильтровой структуры 5
1.1 Типы передающей линии 5
1.2 Материалы подложки 7
1.3 Выбор типа фильтровой структуры 10
1.4 Выбор типа соединительного перехода 11
Глава 2. Принципы интегральной схемотехники СВЧ цепей 15
Глава 3. Интегральная схемотехника МПФ 19
3.1 Структурный синтез базовых элементов 19
3.2 Механизм и условия формирования частотных характеристик решетчатой секции 23
3.3 Структуры и практическая реализация высокоизбирательных МПФ 26
Заключение 34
Список использованной литературы 35

Микроэлектроника СВЧ получила интенсивное развитие, несмотря на большие трудности создания твердотельных СВЧ приборов, примерно во второй половине XX века. При исследовании и проектировании микроэлектронных устройств СВЧ нужно принимать во внимание очень многие факторы, ограничение очень небольшими размерами узлов, сосредоточением полей высоких частот в малых объемах, присутствием цепей паразитной связи, взаимодействием находящихся в непосредственной близости элементов структуры, проблемами отвода тепла, строгие запросы к точности изготовления и однородности материалов. Основным методом работы при проведении расчёта характеристик микрополосковых фильтров СВЧ, как и многих других исследовательских работ в области СВЧ электроники, является моделирование. Различают физическое и математическое моделирование. При физическом моделировании создаётся макет исследуемого устройства и подготавливается измерительная установка, включающая контрольно-измерительную аппаратуру (осциллографы, вольтметры и т.д.) и источники внешних воздействий (генераторы). Это моделирование представляет собой процедуру, включающую проверку принципа действия устройства, снятие экспериментальных зависимостей выходных параметров при различных внешних воздействиях и наборах значений внутренних параметров устройства, анализ экспериментальных результатов. Достоинством физического моделирования является высокая достоверность, так как используются реальные компоненты, и имеется возможность проводить исследования в реальных внешних условиях. Однако это требует больших затрат и не позволяет получить полную информацию о поведении объекта из–за ограниченного доступа к элементам моделируемого объекта. Например, нельзя измерить потенциалы внутри интегральной схемы.
В настоящее время широкое распространение получило математическое моделирование, при котором исследование проводится на математической модели, представляющей собой систему дифференциальных и алгебраических уравнений, таблицу или какое-либо другое описание исследуемого объекта.
Очень эффективным является моделирование на ЭВМ с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР). Применение САПР даёт возможность отказаться от разработки оригинальных программ для моделирования конкретных устройств и значительно сократить затраты на постановку машинного эксперимента. САПР позволяют моделировать устройства на уровне структурных, функциональных и принципиальных схем. Независимо от формы представления объекта моделирование в самой САПР проводится путём решения системы уравнений математического моделирования объекта, которая автоматически строится по описанию объекта на входном языке САПР. Обычно в САПР имеются средства, позволяющие задавать различные входные сигналы и наблюдать сигналы в различных точках объекта, в том числе и в точках, к которым нет доступа при натурном моделировании.

Основным итогом проекта является решение задачи расчета микрополоскового фильтра (МПФ), а также получения его частотных характеристик. Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Рассмотрены особенности и классификация линий передач (ЛП).Дан сравнительный анализ характеристик передающих линий. Выбран подходящий для данного МПФ соосный коаксиально-полосковый переход.
2. В проекте рассмотрены и проанализированы микрополосковые фильтры СВЧ. Рассмотрены основные параметры, даны рекомендации по проектированию таких устройств.
3. Исходя, из обзора научно-технической литературы выбрана элементная база и предложена схема МПФ.
4. Разработаны и рассчитана схема и топологическая реализация микрополоскового полосового фильтра с центральной частотой 1850 МГц. На основе полученных в результате расчета размеров в САПР Microwave Office было проведено моделирование. В результате проведенного моделирования были получены характеристики фильтра, которые достаточно хорошо согласуются с заданием. Это позволяет утверждать, что была выбрана корректная методика расчета и существенных ошибок в процессе его выполнения допущено не было.