В этой статье мы познакомимся с программным обеспечением WIPL-D Microwave Pro, проведем моделирование и настройку (тюнинг) фильтра нижних частот на сосредоточенных элементах.

WIPL-D Microwave Pro предназначен для проектирования и моделирования СВЧ схем, компонентов и антенн. Интуитивно понятный и простой пользовательский интерфейс делает проектирование цепей быстрым и гибким процессом. Гибкость и универсальность программы дополняется богатым выбором элементов цепи, которые могут быть включены в общую схему.

При открытии WIPL-D Microwave Pro пользователь видит: основное меню (1), в котором задаются основные параметры моделирования, окно проекта (2), рабочее поле (3).

В меню Edit пользователь может задать:

• History (отображает историю изменения проекта)
• Frequency (частотный диапазон)
• Operation
• Output Results (настройка результатов моделирования, ближнее поле, диаграмма направленности, анализ шумаb)
• Options (настройки)
• Symbols (задание переменных)
• Tuner (подстрока (тюнинг) параметров)
• Schematic (отображение проекта)
• Info (информация о проекте: количество портов, компонентов, нод)
• Check (проверка схемы на ошибки)

Для проектирования фильтров WIPL-D Mirowave Pro содержит дополнительные инструменты:

• Filter Designer автоматизирует процесс проектирование фильтров.
• Array Designer проектирование антенных решеток.
• Impedance Calculator расчет импеданса

‍

Рассмотрим инструмент Filter Designer

Filter Designer автоматизирует процесс проектирования:

• фильтров нижних частот (ФНЧ)
• фильтров верхних частот (ФВЧ)
• полосно-пропускающих фильтров (ППФ)
• заграждающих (режекторных) фильтров

Пользователь выбирает аппроксимацию Чебышева или Баттерворта по заданной спецификации, с помощью двухуровневой пошаговой процедуры. В начале проектирования, пользователь задает спецификацию устройства через маску АЧХ, что является достаточным для расчета фильтра начального порядка. Система автоматически рассчитывает порядок фильтра. Фильтр может быть реализован на:

• Идеальных сосредоточенных элементах (LC, ideal)
• Идеальной линии передач (Tx Line, ideal)
• Микрополосковой линии передачи (Microstrip)

Fp – граничная частоты полосы пропускания

Fs – частот задержания

Ap – максимальное затухание в полосе пропускания

As – минимальное затухание полосы пропускания

В случае, если пользователя не устраивает получившийся фильтр начального порядка, спецификация может быть уточнена, также порядок фильтра и другие его параметры могут быть заданы вручную.

АЧХ фильтр обновляется автоматически при каждом изменении параметров устройства, при этом последний график можно легко сравнить с требуемой маской. Процесс продолжается до тех пор, пока фильтр не будет удовлетворять заданным требованиям. Синтезированный фильтр может принять формы микрополоскового фильтра, фильтра на линиях передачи или фильтра на сосредоточенных LC элементах. Для реализации фильтров на линиях передачи, доступно проектирование таких топологий, как ступенчатое изменение импеданса, штыревой шунт, резонатор с емкостной связью. Оконечная нагрузка на портах может быть различной, что позволяет использовать Filter Designer для простого согласования цепей.

Пользователь может выбрать Topology: 1-первый элемент последовательная индуктивность, 2-первый элемент шутнирующий конденсатор. 

Rs – сопротивление источника 50 Ом

Rl – сопротивление нагрузки

Ripple – пульсации в Дб

Fn – граничная частота

Синтезированный фильтр может быть экспортирован в WIPL-D Microwave, как параметрическая схема, для ее дальнейшей оптимизации и настройки.

Рассмотрим инструмент Impedance Calculator

В WIPL-D Microwave Pro также встроен калькулятор для расчета импеданса (Menu - Tools - Impedance Calculator):

Рассмотрим расчет импеданса в микрополосковой линии передачи. Пользователь задает параметры подложки:

• Er (относительную диэлектрическую проницаемость)
• H (толщина подложки)
• Sigma (проводимость проводника)
• TgD (тангенс угла потерь)
• T (толщина проводника)

• Z (импеданс)
• L/Lamda (электрическая длина линии нормированная к длине волны)
• Frequency (частота)

 Для преобразования электрических параметров в физические необходимо нажать на стрелку. 

После расчета мы получаем:

• W (ширину проводника)
• L (длину проводника)
• alpha – затухание на единицу длины
• betta– фазовый коэффициент

Калькулятор импеданса WIPL-D Microwave Pro Impedance Calculator позволяет рассчитать импеданс для следующих линий передач:

• микрополосковая линия передачи (microstrip)
• полосковая линия передачи (stripline)
• копланарная линия передачи (coplanar)
• прямоугольный волновод (rectangular)
• коаксиальная линия (coaxial)
• связанные микрополосковые линии передачи (coupled microstrip)
• связанные полосковые линии передачи (coupled stripline)

Проектирование фильтра нижних частот со соредоточенными элементами

Создадим проект (New Microwave Circuit).

WIPL-D Microwave Pro содержит встроенную библиотеку компонентов.

Библиотека содержит следующие СВЧ элементы:

• Global – общие компоненты: порт, земля, источник напряжения и тока, согласованная нагрузка, амперметр, вольтметр.
• Sources – источники.
• Ideal – идеальные компоненты: связанные линии, усилитель, аттенюатор, фазовращатель, трансформатор, гиратор, циркулятор, делитель мощности, мосты, диплексер и др.

• Lumped – cосредоточенные элементы: резистор, индуктивность, конденсатор, конденсатор и индуктивность с добротностью и т.д.
• Microstrip – микрополосковые компоненты: подложка, линия передачи, переходное отверстие, четвертьволновый трансформатор, связанные линии, соединители, изгибы и др.
• Stripline – полосковые компоненты.
• Coplanar – компланарные компоненты.
• Coaxial – коаксиальные компоненты.
• Прямоуголный волновод.

• Переходники: с коаксиальной линии на прямоуголный волновод, с коаксиальной линии на микрополосковую линию передачи.

Перед созданием фильтра нижних частот зададим частотный диапазон (меню Edit – Frequency):

• Start frequency (начальная частота): 0.1 ГГц
• Stop frequency (конечная частота): 6 ГГц
• Number of frequency (число частотных точек) 60

Переходим  в библиотеку компонентов, выбираем сосредоточенные компоненты, далее выбираем индуктивность и перетаскиваем в рабочее поле. Вращение компонента осуществляется с помощью клавиш Ctrl+R. Зададим номинал L=1.639 нГ. Добавим необходимые компоненты как представлено на картинке ниже.

Проведем моделирование, отобразим результаты моделирования:

Проведем тюнинг (настройку) фильтра нижних частот:

1 - схема фильтра нижних частот

2 - подстройка (тюнинг) параметров схемы

3 - варьируемые переменные (номиналы элементов)

4 - АЧХ фильтра нижних частот

‍

Видеоурок по моделированию ФНЧ на сосредоточенных элементах:

‍

• Подробнее о WIPL-D Microwave Pro: https://www.elm-c.ru/wipl-d-microwave-pro‍
• Скачать WIPL-D Microwave Pro: https://www.elm-c.ru/download‍
• Подписывайтесь на наш канал в Телеграмме: https://t.me/elm_c ‍
• Обучение WIPL-D: https://www.elm-c.ru/obuchenie-wipl-d

По вопросам обучения, предоставления временных лицензий на программные решения WIPL-D, тестирования и приобретения, пожалуйста, обращайтесь к специалистам компании ООО "ЭЛМ" по телефону +7 (495)005-51-45 или по электронной почте info@elm-c.ru.