Проектирование частотных мультиплексеров на основе характеристики группового времени задержки коэффициента отражения

№ 7’2009
PDF версия
В статье рассмотрена методика проектирования частотных мультиплексеров на основе характеристики группового времени задержки коэффициента отражения.

Введение

При проектировании частотных мультиплексеров в современных системах автоматизированного проектирования (САПР) используется большое число варьируемых параметров модели. При этом снижается степень контроля влияния каждого из параметров в отдельности на результирующие электрические характеристики, что, в свою очередь, приводит к увеличению избыточных итераций расчета, а значит, и к увеличению времени на разработку устройства. В данном случае необходим переход от комплексной настройки всех элементов к последовательному рассмотрению каждого резонатора в составе устройства в отдельности и его связи с предыдущим.

Сократить количество одновременно варьируемых параметров до минимума можно при оценке характеристик затухания и отражения косвенным путем по характеристике группового времени задержки (ГВЗ) коэффициента отражения [1].

Методика проектирования

Суть предлагаемой методики состоит в последовательном определении значений ГВЗ коэффициента отражения на центральных частотах фильтров в составе мультиплексера. Данные значения однозначно связаны с нагруженными добротностями и значениями коэффициентов связи между резонаторами и определяют частотные характеристики мультиплексера [2].

Если точка пересечения характеристик затухания двух соседних каналов мультиплексера имеет уровень 3 дБ и более, то развязку между каналами можно обеспечить без применения различных схем деления (суммирования) мощности. На рис. 1 представлена функциональная схема N-канального муль-типлексера с соединением полосно-пропус-кающих фильтров (ППФ) в общий узел.

Рис. 1. Схема мультиплексера с соединением ППФ в общий узел

Условием полного согласования входа N-канального мультиплексера с сопротивлением генератора в рабочих полосах частот будет следующая система уравнений [3]:

где Re( Y1нвх) — действительная часть входной проводимости i-го ППФ, нормированной к сопротивлению генератора; Im(Y1нвх) — мнимая часть входной проводимости i-го ППФ, нормированной к сопротивлению генератора. На практике полное согласование в диапазоне частот не может быть достигнуто, поэтому точность выполнения равенств в системе (1) определяется требованиями к коэффициенту отражения от входа мультиплексера Sm.11(w). Для одиночного ППФ ГВЗ коэффициента отражения Sm.11(w) может быть найдено через значения элементов фильтра-прототипа или значения элементов эквивалентной схемы:

где Yвх(ω) — входная проводимость ППФ; Z0 — сопротивление генератора. Учитывая, что входная проводимость N-канального мультиплексера есть сумма входных проводимостей всех ППФ в его составе, ГВЗ коэффициента отражения определяется следующим выражением:

где φSm.11(ω)) — фазовая характеристика коэффициента отражения от входа N-каналь-ного мультиплексера;Yм.вх(ω)) — входная проводимость мультиплексера; Y(i)вх (ω)— входная проводимость i-го ППФ в составе мультиплексера.

Первоочередным является анализ влияния параметров каждого из ППФ в составе муль-типлексера на характеристику ГВЗ коэффициента отражения. На рис. 2 приведена эквивалентная схема мультиплексера, в которой каждый ППФ представлен цепочкой чередующихся последовательных и параллельных резонансных контуров.

При условии, что входные проводимости ППФ в составе мультиплексера имеют реактивный характер, а сопротивление генератора — активный, выражение (3) для каждого из фильтров будет иметь вид (6).

Рис. 2. Эквивалентная схема мультиплексера

При рассмотрении только первых (входных) резонаторов всех ППФ в составе мультиплексера на рис. 2 (один из выводов для каждого из элементов L11…L1(N) будет заземлен) можно записать (7), (8), (9).

При условии ω = ω01, где ω01 — центральная частота полосы пропускания первого фильтра, и равенстве нулю реактивной части входной проводимости мультиплексера, согласно соотношению (1), выражение (9) преобразуется к виду (10).

Аналогичные выражения могут быть записаны для ГВЗ коэффициента отражения на центральной частоте каждого фильтра в составе мультиплексера. Анализируя данные выражения, можно сделать вывод, что значения {Tм.d101), Tм.d202), …, Tм.dn0N)} зависят от значений параметров элементов всех фильтров. Таким образом, справедливым является только совместное рассмотрение фильтров в составе мультиплексера.

Рассуждая подобным образом, мы можем получить выражение для ГВЗ коэффициента отражения при условии, что схема включает в себя два резонатора в каждом фильтре (последующие элементы считаем отключенными). Данный процесс может быть повторен при добавлении каждого последующего резонансного контура в схему.

Алгоритм применения методики включает в себя два основных этапа.

  1. Зная значения элементов фильтра-прототипа или значения элементов эквивалентной схемы, определяем совокупность значений ГВЗ коэффициента отражения на центральной частоте полосы пропускания {Td10), Td20), …, Tdn0)} для каждого ППФ в отдельности [1].
  2. Моделируя в программе электродинамического анализа режим короткого замыкания (КЗ) или холостого хода (ХХ) в определенных сечениях фильтров мультиплексера, достаточно быстро (за счет минимального количества варьируемых параметров) может быть произведена настройка устройства в целом. Как и при рассмотрении одиночного фильтра, условиями соответствия характеристик затухания и отражения требуемым (определяемым фильтром-прототипом) для ППФ в составе мультиплексера будут:
    • симметричность характеристики ГВЗ сигнала, отраженного от входа, в окрестности полосы пропускания каждого ППФ относительно его центральной частоты настройки ю0;;
    • равенство значений ГВЗ на центральной частоте настройки каждого фильтра требуемым величинам {Tм.d10i), Tм.d20i), …, Tм.dn0i)}.

В качестве примера рассмотрен диплексер, состоящий из гребенчатых ППФ пятого порядка с чебышевскими характеристиками затухания (уровень пульсаций в полосе пропускания — 0,035 дБ). Центральные частоты фильтров f01 = 6030 МГц и f02 = 6 3 80 МГц, ширина полосы пропускания для каждого фильтра Af = 110 МГц.

На рис. 3 приведена трехмерная модель диплексера в программе электродинамического анализа, соответствующая первому этапу расчета.

Рис. 3. Трехмерная модель диплексера

Рис. 3. Трехмерная модель диплексера

Винты подстройки частоты вторых резонаторов (со стороны входа) замкнуты на корпус. Таким образом, создан режим короткого замыкания в сечении второго резонатора каждого фильтра. Для исключения влияния последующих резонаторов их подстроечные винты также замкнуты на корпус диплексера. На данном этапе в качестве параметров, варьируемых при моделировании, выступают только расстояния между элементами возбуждения и входными резонаторами, а также длина винтов подстройки частоты входных резонаторов.

В модели, соответствующей следующему этапу расчета, в каждом фильтре будут замкнуты на корпус винты подстройки частоты резонаторов, начиная с третьего. Варьируемые параметры — длина винтов подстройки связи между первым и вторым резонатором в каждом фильтре, а также длина винтов подстройки частоты вторых резонаторов.

В таблице 1 для данных, а также последующих этапов расчета приведены требуемые значения Тдипл dn0;), эквивалентная схема, соответствующая режимам КЗ или ХХ в определенных сечениях фильтров, а также примерный вид характеристик ГВЗ коэффициента отражения от входа диплексера. Так как фильтры в данном случае имеют одинаковую структуру (количество резонаторов), а также полосы пропускания равной ширины, Tдипл.dn01) = = Tдипл.dn02)

На заключительном этапе производится однократный расчет с учетом геометрических параметров конструкции диплексера, рассчитанных ранее и соответствующих требуемым значениям ГВЗ на центральных частотах фильтров. Частотная зависимость модулей коэффициентов передачи и отражения приведена на рис. 4.

Рис. 4. Частотная зависимость модулей коэффициентов передачи и отражения

Рис. 4. Частотная зависимость модулей коэффициентов передачи и отражения

В рассмотренном примере фильтры имели равную ширину полос пропускания и одинаковую структуру. Однако данная методика применима и к расчету устройств, для которых требования к ширине частотных каналов различны. Следует отметить тот факт, что при увеличении полосы пропускания все больше начинает сказываться влияние не только соседних резонаторов друг на друга, но и влияние несмежных резонаторов в каждом фильтре. Практика показывает, что анализ фильтров с относительной полосой порядка 10-15% уже носит итерационный характер. То есть настройка каждой совокупности резонаторов производится не один раз, а несколько — для получения требуемого результата. Как правило, число итераций не превышает двух-трех.

Таблица 1. Этапы расчета диплексера

Оценка эффективности методики

Традиционный подход к проектированию мультиплексеров подразумевает комплексную настройку всех элементов. По сути, это многокритериальная задача, поскольку одновременно необходимо контролировать несколько характеристик (коэффициенты передачи каждого канала, коэффициент отражения от входа, коэффициенты отражения от выходов). Предложенная методика позволяет избавиться от многокритериальности и на этапе расчета проводить анализ только одной характеристики — ГВЗ коэффициента отражения от входа.

Кроме того, методика обеспечивает минимизацию числа одновременно варьируемых параметров и сокращение временных затрат на разработку устройства. Ниже приведены количественные подтверждения на примере рассчитанного диплексера.

В модели на рис. 3 переменными являются 22 параметра: длина винтов подстройки частоты резонаторов (по 5 параметров для каждого фильтра), длина винтов подстройки связей (по 4 параметра для каждого фильтра), расстояния между элементами возбуждения и входными резонаторами; расстояния между элементами возбуждения и выходными резонаторами. В таблице 2 приведено число одновременно варьируемых параметров, а также время, необходимое для расчета диплексера, при использовании различных подходов к проектированию.

Примечания.

  1. Среднее время одной итерации расчета — 57 мин.
  2. Вычислительные ресурсы — процессор Core(TM)2 @ 2,13 ГГц; 1024 Мбайт ОЗУ.

Согласно таблице 2, при переходе к последовательному рассмотрению каждого резонатора в отдельности число одновременно варьируемых параметров в модели сокращается более чем в 5 раз, а время расчета уменьшается в 3 раза, что доказывает эффективность предложенной методики.

Таблица 2. Данные для сравнительного анализа

Критерий сравнения

Традиционный подход

Предложенная методика

Число одновременно варьируемых параметров

22

4

Общее время расчета

94 часа

31 час

Заключение

Эта методика уже на протяжении нескольких лет с успехом применяется при разработке частотно-селективных устройств в ЗАО «НПФ «Микран»» (г. Томск). Такой подход позволяет оптимизировать процесс проектирования и выполнять требования заказчика в кратчайшие сроки.

На основе данной методики возможна и реальная настройка частотно-селективных устройств. Условия ее применимости — это наличие векторного анализатора цепей и возможность создания режимов КЗ или ХХ в определенных сечениях фильтров.

Литература

  1. Ness J. B. A unified approach to the design, measurement, and tuning of coupled-resonator filters // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. 46. April 1998.
  2. Кондратенко А. В., Шевляков М. Л. Проектирование полоснопропускающих фильтров на основе фазовой характеристики коэффициента отражения. 16-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2006). Севастополь, 11-15 сентября 2006 г. Севастополь: Вебер, 2006.
  3. Калинина Т. И. Мультиплексеры со смежными полосами пропускания // Обзор по электр. технике. Серия «Электроника СВЧ». 1978. Вып. 9 (544).
xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *