Автор знакомит читателей с разработанной им компьютерной программой "BPF-PP" для расчета параметров узкополосных СВЧ фильтров.

Описываемая ниже программа "BPF-РР" позволяет рассчитывать узкополосные фильтры на связанных полуволновых резонаторах. Надеюсь, что она заинтересует радиолюбителей, разрабатывающих устройства СВЧ. Программа написана на языке программирования GWBASIC, может быть легко трансформирована в БЕЙСИК любой версии и рассчитана на пользователя, имеющего предварительные знания по технике микрополосковых линий (МПЛ) и электрических фильтров. Дополнительную информацию читатель найдет в технической литературе, список которой представлен в конце статьи.

С целью быстрого получения навыков пользования программой рассмотрим конкретный пример расчета. В тексте содержимое программы, выводимое на экран, указано в кавычках. Положим, что предварительные расчеты или конструктивные соображения показали необходимость в создании фильтра второго порядка с полосой пропускания от 694 до 734 МГц. Выполним его на базе двустороннего фольгированного стеклотекстолита.

После запуска программы на экране монитора появится надпись:

"Тип фильтра обозначен: Баттерворта (2-9 порядка) - В; Чебышева (3-9 порядка) - Т.

Порядок фильтра (2-9)?".

На этот вопрос в нашем примере введем с клавиатуры цифру 2. Далее:

"тип фильтра - В

сопротивление нагрузки, Ом ? 50

Границы полосы пропускания, ГГц:

Верхняя? .734

Нижняя? .694

Центральная частота полосы пропускания F0 = 0.7137186 ГГц"

На запрос

"Толщина фольги t, мм?

Толщина подложки Н, мм?"

следует ввести размеры в миллиметрах применяемого материала. Допустим, толщина фольги t = 0,05 мм, а стеклотекстолитовой подложки Н = 1,5 мм.

И на запрос "Диэлектрическая проницаемость Е?" введем для нашего примера Е = 4,8.

Вслед за этим на экране появятся результаты расчета:

" ********* ИДЕТ РАСЧЕТ **********

ширина связанных полосок W(0) =2.67 мм

зазор S(0,1 ) = 0.14 мм

четверть волны - 52.15 мм

ширина связанных полосок W(1 ) = 3.17 мм

зазор S(1,2) = 3.13 мм

четверть волны - 51.65 мм

ширина связанных полосок W(2) = 2.67 мм

зазор S(2,3) = 0.14 мм

четверть волны - 52.15 мм"

По результатам расчета принимаем следующее решение: на одной стороне пластины фольгированного стеклотекстолита располагаем две полоски фольги шириной W(0) и длиной 5,215 см с зазором S(0,1) между ними. Вторую пару связанных полосок располагаем на этой же стороне пластины справа, впритык к первой, причем верхняя полоска второй пары должна быть продолжением нижней полоски первой пары (см. рисунок), но со своей шириной W(1). Вторую полоску второй пары длиной 5,165 см размещаем с зазором S(1,2) под первой.

Первая полоска длиной 5,215 см третьей пары с шириной W(2) продолжает вторую второй пары. Вторая полоска третьей пары длиной 5,215 см и шириной W(2) будет находиться под первой с зазором S(2,3). Фольгу на второй стороне пластины оставляют сплошной и неповрежденной.

Таким образом, получим структуру из четырех полосковых линий, расположенных одна под другой с зазорами S(0,1), S(1,2), S(2,3) и сдвинутых подлине на четверть волны. Две внутренние по расположению полоски служат полуволновыми резонаторами, а две внешние - четвертьволновыми элементами связи с генератором и нагрузкой. К крайним торцам внешних полосок подключают согласованные нагрузку и генератор или линии, имеющие волновое сопротивление такое же, как и у фильтра.

Несколько слов о программе. Командные строки с 80-й по 240-ю представляют собой таблицу с параметрами фильтров - прототипов Баттерворта от второго до девятого порядков и Чебышева от третьего до девятого порядков с неравномерностью в полосе пропускания 0,28 дБ, что для любительской практики в большинстве случаев достаточно.

(нажмите для увеличения)

При необходимости вместо таблицы прототипов может быть введена подпрограмма, определяющая коэффициенты фильтров прототипов более высоких порядков и с другими значениями неравномерности.

Следует отметить, что для лучшей сходимости практических результатов с расчетными необходимо предварительно измерить диэлектрическую проницаемость стеклотекстолита применяемой пластины. Для этого нужно изготовить на другой пластине из того же материала полосковую линию произвольной длины, которая будет служить полуволновым резонатором. Вблизи одного из его концов параллельно располагают с зазором (близким к реальному) такую же линию, но длиной в 5...10 раз меньшей. Эта линия будет выполнять функцию возбудителя резонатора. Для этого к одному ее концу подключают генератор, а другой нагружают резистором сопротивлением 50 Ом, подобранным заранее.

На частоте резонанса точно посредине резонатора образуется узел напряжения, который фиксируют детекторной головкой. Эффективную диэлектрическую проницаемость определяют из выражения , где Fрез - частота резонанса в МГц; L - длина резонатора в метрах. Значение диэлектрической проницаемости е материала (в программу вводят буквой Е) получим из формулы

где h - толщина стеклотекстолита, мм; W - ширина полоски резонатора, мм.

Чтобы измерения диэлектрической проницаемости были более достоверны, следует выбирать длину резонатора довольно большой - 150...200 мм. В этом случае наличие торцевой емкости внесет лишь незначительную погрешность. Проводя подобные измерения, я обычно выбираю ширину зазора между возбуждающей линией и резонатором, а также ширину линии и резонатора равными удвоенной толщине подложки. Измерения провожу на частоте не более 1 ГГц.

Автор: О.Солдатов, г.Ташкент, Узбекистан