Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание

Техническое задание

1. Синтез фильтра нижних частот

1.1 Выбор типа фильтра

1.2 Расчёт числа звеньев

1.3 Расчёт нормированных величин элементов фильтра

1.4 Денормировка

2. Синтез топологии фильтра

2.1 Расчёт топологии фильтра

3. Матричное описание цепи

3.1 Матрица

3.2 Матрица рассеяния

3.3 Расчёт неоднородностей

4. Технология изготовления фильтра

Техническое задание

В курсовой работе необходимо произвести синтез СВЧ-фильтра нижних частот по соответствующему техническому заданию, проанализировать полученный фильтр с помощью матриц рассеяния и классической матрицы.

Необходимо рассчитать ФНЧ, имеющий на частоте пропускания п = 1,5

ГГц затухание п = ?3 дБ, а на частоте заграждения з = 2,9 ГГц затухание з = ?30 дБ. Фильтр нагружен на сопротивление 50 Ом. Сопротивление источника также 50 Ом.

1 Синтез фильтра нижних частот

Проектирование фильтров на основе линий передач начинают, как правило, с рассмотрения фильтра, состоящего из сосредоточенных пассивных элементов. Затем по вычисленным значения этих элементов переходят к рассмотрению элементов с распределёнными параметрами. В данной работе будет рассмотрен фильтр нижних частот.

1.1 Выбор типа фильтра

Фильтр нижних частот представляет собой частотно-избирательную цепь с полосой пропускания от нулевой частоты до некоторой частоты среза. На рис. 1а показана АЧХ идеального ФНЧ. Реализовать такую на практике невозможно из-за бесконечной крутизны характеристики на частоте среза, но приблизиться к ней можно различными способами. Один из таких способов заключается в аппроксимации характеристики передаточной функцией Баттерворта, описывающей зависимость коэффициента передачи от частоты (рис. 1в).

1.2 Расчёт числа звеньев

Где n - число звеньев

Определение числа звеньев фильтра по заданной величине затухания на определенной частоте в полосе затухания является одной из задач синтеза. Для фильтра Баттерворта число звеньев вычисляется, исходя из соотношения:

- коэффициент пульсации

1.3 Расчёт нормированных величин элементов фильтра

Теперь считаем - параметры нашего фильтра-прототипа.

1.4 Денормировка

По полученным значениям нормированных ??-параметров рассчитываем значения всех элементов при заданном сопротивлении нагрузки. Правила пересчёта такие:

2. Синтез топологии фильтра

2.1 Расчёт топологии фильтра

Поведение сосредоточенных элементов в схеме фильтра-прототипа легко моделируется при помощи подбора размеров и волновых сопротивлений. Поэтому начнём с этого приближения.

Топологию выбираем таким образом, чтобы её полосковая реализация была по возможности проще. Подходящая данному фильтру топология показана на рис. В неё фильтр-прототип состоит из трёх емкостей и двух индуктивностей.

Зададим ширину каждого элемента, затем из неё рассчитаем волновые сопротивления и их длины. Возьмём толщину подложки

h = 1 мм, толщину полоска ?? = 1 мкм. Ширина каждого элемента не должна превышать четверти длины волны в линии на самой высокой рабочей частоте (то есть частоте заграждения ??з). Это позволяет сохранить одномодовый режим в линии.

Ширину отрезка подводящей линии рассчитаем из соотношения:

Получили, что ширина подводящей линии составляет 0,956 мм.

Влияние толщины полоска можно учесть, введя вместо физической ширины её эффективную эфф:

Эти выражения обеспечивают точность меньше 2 %. Приведенные формулы используются для малой толщины полоскового проводника, если t/h<5*10^-3(это справочные данные)

Теперь, когда мы знаем ширину элемента, можем посчитать его эффективную диэлектрическую проницаемость и волновое сопротивление(для w/h>1 работают эти ф-лы):

фильтр микрополоский элемент мостовой

Наконец, можем посчитать длины каждого отрезка линии

Длины получившихся отрезков меньше \8=13 мм, то отсюда вывод: данный фильтр можно смоделировать с хорошей точностью, используя сосредоточенные элементы.

3. Матричное описание цепи

3.1 Матрица

Анализ цепей из большого числа элементов, основанный на классической матрице передачи (матрице) является одним из основных средств.

Описание с помощью этой матрицы основано на том, что любой элемент, имеющий вход и выход, можно рассматривать как четырёхполюсник. То есть получается, что наш фильтр можно представить, как каскадное соединение отдельных четырёхполюсников, каждый из которых имеют свою матрицу и соответствует одному элементу цепи.

В таком случае, результирующая матрица нашего фильтра нижних частот будет представляться, как произведение матриц отдельных четырёхполюсников.

Коэффициент передачи

Коэффициент отражения по напряжению от входа

Коэффициент отражения по напряжению от выхода:

где

3.2 Матрица рассеяния

В матрице рассеяния при описании цепей вместо тока и напряжения используют амплитуды падающей и отражённой волн.

В ней коэффициент отражения по напряжению: S11

Коэффициент передачи с выхода на вход: S12

Коэффициент передачи с входа на выход: S21

Коэффициент отражения по выходу при условии согласования входа: S22.

3.3 Расчёт неоднородностей

Величину ёмкости скачка будем считать по формуле

Подставляя в неё ширину в метрах, получаем ёмкость в пикофарадах. Получаем ёмкость скачка:

Используя следующие рассчитанные параметры:

4. Технология изготовления фильтра

Создание микрополосковых линий заданной топологии проводят в несколько стадий, характер и количество которых зависит от толщины наносимого слоя. Данный фильтр будем изготавливать по технологии вакуумного напыления с последующей литографией. Эта технология позволяет изготавливать слои с высокой точностью, хорошей адгезией, размерами менее 1 мкм с точностью 0,1 ч 0,2 мкм.

Чтобы получить образец с заданной конфигурации, после резки и полировки проводят очистку подложки химико-механическим методом. Суть процесса состоит в удалении с поверхности пластины всех веществ, которые могут плохо повлиять на процесс напыления металла на пластину. После очистки на поверхность напыляют резистивные слои. Для этого в установках ионноплазменного напыления распыляют из сплава МЛТ-3М. Эти слои толщиной 30 ч 80 мкм необходимы для того, чтобы обеспечить хорошую адгезию проводящих слоёв и хорошую связь металл-подложка. Затем наносят сам проводящий слой.

После того, как проводящий слой нанесен на подложку, из него “вырезают” заданную топологию. Для этого проводят операцию фотолитографии. На поверхность наносят слой фоторезиста. Фоторезист бывает положительным и отрицательным. Положительный обладает повышенной растворимостью после его облучения, отрицательный наоборот. Самым простым способом нанесения фоторезиста является центрифугирование, т. е. на поверхность пластины наносят каплю фоторезиста, потом раскачивают в центрифуге так, чтобы капля размазалась по поверхности как можно равномернее. После этого проводят операцию сушки, чтобы окончательно сформировать слой фоторезиста с хорошей адгезией. После того, как фоторезист равномерно нанесён на поверхность, проводят операции совмещения и экспонирования. Экспонирование -- формирование заданного рельефа с помощью фотошаблона под действием излучения. Затем проявляют фотослой для удаления ненужных участков фоторезиста. Для этого пластину помещают в проявитель. Таким образом защитная маска фоторезиста защищает слои, которые должны остаться после всех операций. Эта структура помещается в травитель, который стравливает те незащищённые маской фоторезиста части проводящего материала. После получения проводящего слоя заданной топологии проводят удаление фотослоя в жидкостях, щелочах, кислотах, органических растворителях. При необходимости на поверхность структуры наносят слой, защищающий ее от влаги и химически активных веществ.

Заключение

В ходе курсовой работы был произведён синтез СВЧ-фильтра нижних частот. Были рассчитаны элементы цепи фильтра, их размеры. Также был сделан расчёт топологии получившегося фильтра. Размеры элементов цепи получились такие, что ширина элемента не превышает з/4, а длина -- з/8. Поэтому матричное описание цепи было сделано для сосредоточенных элементов, которое с хорошей точностью описывает фильтр с заданным затуханием в полосе пропускания.

Для расчёта был использован математический пакет MathCad 14

Размещено на Allbest.ru