СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 72 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2015 –100 –125 –75 –50 –25 0 S(21), дБ 0 50 100 150 200 250 Частота, МГц 300 350 400 С1 С3 С5 С7 С9 С8 С6 С4 С2 С11 С13 С15 С17 С19 С18 С16 С14 С12 С10 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 3D-моделирование микрополоскового фильтра высоких частот в пакете HFSS В статье рассмотрены вопросы конструирования фильтра высоких частот, предназначенного для снижения уровня помех промышленного или иного происхождения в сигнальном тракте РЭА. Сергей Грищенко, Дмитрий Дерачиц, Наталья Кисель (г. Таганрог) В ВЕДЕНИЕ Современный уровень промышлен- ного развития, широкое внедрение радиотехнических и телекоммуника- ционных систем неизбежно приво- дят к ухудшению электромагнитной обстановки. Повышенный уровень внеполосного излучения радиопере- дающих устройств различного назна- чения, промышленных помех, сигналов радиоэлектронного противодействия, а также помех, вызванных различны- ми природными явлениями, вызывает сбои действующей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Для защиты РЭА от помех и для реше- ния задачи электромагнитной совме- стимости необходимо использовать фильтры с большим (не менее 60 дБ) затуханием в полосе заграждения. Устройства такого типа должны не толь- ко эффективно подавлять помеху в тре- буемом диапазоне частот, но и обладать хорошей экранировкой от проникно- вения в РЭА наводимых помех. В настоящей статье рассмотрены вопросы конструирования фильтра высоких частот (ФВЧ) в сигнальном тракте РЭА с целью снижения уровня помех промышленного или иного про- исхождения. При этом за счёт подавле- ния шумов на частотах ниже границы спектра частот полезного сигнала зна- чительно улучшается соотношение сиг- нал/шум всего устройства. Для расчё- та конструкции фильтра, помещённо- го в защитный корпус, использовалась САПР HFSS. М ОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА ВЫСОКИХ ЧАСТОТ Было выполнено моделирование ФВЧ с частотой среза 90 МГц, у которо- го затухание в рабочей полосе состав- ляло не более 0,8 дБ, а подавление вне полосы пропускания – не менее 90 дБ. Столь глубокое затухание в полосе режекции фильтра гарантирует эффек- тивное подавление сильных помех, например, от мощных радиопередат- чиков, находящихся в непосредствен- ной близости от приёмного устройства. На этапе схемотехнического моде- лирования [1, 2] фильтр реализован как ФВЧ двадцатого порядка, и пред- ставляет собой параллельно соединён- ные последовательные колебательные контуры (см. рис. 1). Порядок фильтра определяется граничными частотами среза и задержания, а также минималь- ным затуханием в полосе пропуска- ния a min и максимальным затуханием в полосе режекции a max [1, 2]: . Каждый из контуров проектируе- мого многозвенного фильтра име- ет ёмкостную связь с соседним кон- туром и работает как заграждающий фильтр, настроенный на одну из частот подавления. Перекрытие полос каж- дым из фильтров реализует всю поло- су заграждения ФВЧ, заданную в диа- пазоне 0…90 МГц. В результате схемотехнического моделирования рассчитаны ёмкости и индуктивности схемы фильтра, АЧХ которого показана на рисунке 2. Видно, что минимальное подавление в заграж- даемой полосе частот от 0 до 70 МГц получилось на уровне 90 дБ, а затуха- ние в рабочей полосе частот оказалось не более 0,2 дБ. После расчёта номиналов элемен- тов разрабатываемого фильтра на эта- пе схемотехнического моделирования переходим ко второму этапу разработ- ки конструкции ФВЧ в пакете программ СВЧ HFSS. Отметим, что схемотехни- ческое моделирование основывается на уравнениях теории электрических цепей, а полное 3D-электромагнитное моделирование в пакете HFSS произво- дится с помощью уравнений теории электромагнитного поля. По сути, на первом этапе устанавливаются пре- дельно достижимые характеристи- ки фильтра, к которым посредством моделирования на этапе расчёта кон- струкции возможно только прибли- зиться. При выполнении полного 3D-электромагнитного моделирования появляется возможность нахождения параметров фильтра с учётом метал- лического корпуса и возможного вли- яния между каскадами за счёт поверх- ностных волн, возникающих на диэлек- трической подложке фильтра. При моделировании с использова- нием пакета HFSS в качестве исход- Рис. 1. Электрическая схема ФВЧ двадцатого порядка Рис. 2. АЧХ разработанного ФВЧ двадцатого порядка © СТА-ПРЕСС