полосовой фильтр с двумя полосами пропускания 900-930 и 2400 - 2480 МГц с крутыми срезами

[iliyav 0]

Доброе время суток,

Предполагаю реализовать сабдж включив диплексер, два ПАВ фильтра на 900 и 2400 и потом объединив выходы фильтров с помощью разветвителя Вилкинсона.

Делать предполагаю на FR4, опыта работы с микрополосками нет, так что хочется делать как можно проще.

 

Диплексер собираюсь реализовать в виде фильтров верхних и нижних частот 3-его порядка, подключенных к общему входу, каждый из фильтров имеет входной импеданс 50 Ом в полосе пропускания и относительно высокий в полосе подавления и не мешают друг другу.

Начал с идеальной схемы на сосредоточенных компонентах - все отлично.

Дальше моделировал в MWO микрополосковый фильтр низких частот типа Stepped Impedance, тоже получается хорошо.

А вот с фильтрами верхних частот сложнее. В MWO iFilter и FilterSolutions моделировал Shunt Stub, Spaced Stubs (кажется тоже самое), Coupled Segments типы фильтров, они все имеют имеют низкий входной импеданс в полосе подавления и не подходит для диплексера.

Может быть я что-то не понимаю или не нашел нужного типа фильтра?

 

Еще можно вместо фильтра высоких частот использовать полосовой фильтр, например hairpin (часто упоминается в литературе) и по результатам моделирования получаются хорошие характеристики. Но опасаюсь что узкополосный фильтр из-за несоответствия диэлектрической проницаемости материала и неточности размеров дорожеr будет иметь сильно отличающиеся от расчетных характеристик. В литературе нашел что диэлектрическая проницаемость текстолита в диапазоне частот 1 - 2.5 ГГц может меняться в пределах 4 - 4.5 в зависимости от производителя. По результатам моделирования это приводит к смещению центральной частоты на сотню мегагерц и больше. Собственно из-за такого разброса параметров и хотелось использовать фильтры низких и высоких частот для которых такие изменения частоты среза не сильно меняют получаемые характеристики.

Может быть все на самом деле не так плохо?

 

Делать фильтр на 2400 МГц на сосредоточенных компонентах не хочется, емкости получаются 1 - 3пФ.

Но может быть это лучший вариант?

 

Ну или отказаться от диплексера в пользу Вилкинсона?

Но жалко терять 3 дБ

[Aner 0]

Потерять 3 дБ ... ээ это мечта. Теряется под 4 и более если в узкой полосе. У вас частоты оч далеко др от друга отстоят, потери на Вилкинсоне будут оч большие.

Все это есть в инете да и в прогах тоже.

 

По FR-4 проблема эпсилона шире 3.8 ...5.0 то что наблюдал. Причем разница может быть на одном листе, в единицу и на каждом листе по разному. Проблема такого материала. Есть марки FR-4 и со стабильными эпсилонами +\-15%, но дороже. Китайцы например 40% такого брака, после измерений, выбрасывают на хоббисткие рынки.

 

Фильтр на 2400 МГц на lumped компонентах считают, делеают.

 

Смотря какие ПАВ или БАВ брать. 50 ом мечта у них ....

Согласовать бывает трудно особенно в серии. А какая мощность через них?

 

Крутые срезы на этих частотах ... сколько это по вашему?

[Redcrusader 0]

...

Делать фильтр на 2400 МГц на сосредоточенных компонентах не хочется, емкости получаются 1 - 3пФ.

Но может быть это лучший вариант?

 

Ну или отказаться от диплексера в пользу Вилкинсона?

Но жалко терять 3 дБ

"Гиблое" дело делать на сосредоточенных элементах полосовой фильтра на 2400 МГц.

Полоса будет очень широкая.

Срезы пологие.

Паразитные параметры сосредоточенных элементов будут сильно влиять на расчет фильтра и конечную характеристику.

Без настройки не обойтись. А настройка будет очень сложная - практически на интуиции, т.к. любая "сопля" будет уводить характеристики.

Лучше полосовик делать на микрополосках в виде сосредоточенных элементах. Но ЭТО займет очень большую площадь платы.

 

Здесь не надо никакого Вилкинсона!

Достаточно будет выполнить диплексер на ФНЧ и ФВЧ. Даже 3-х звенных!

 

Итого.

Диплексер => ПАВ фильтры => диплексер

Все будет хорошо!

Edited July 12, 2017 by Redcrusader

[iliyav 0]

Потерять 3 дБ ... ээ это мечта. Теряется под 4 и более если в узкой полосе. У вас частоты оч далеко др от друга отстоят, потери на Вилкинсоне будут оч большие.

Не точно выразился - имел в виду дополнительные потери 3 дБ на разделение сигнала на два, не считая самих потерь в диэлектрике.

По моделированию получаются потери 3.4 дБ на 900 и 3.8 на 2400.

На интуитивном уровне полоса не очень широкая, 2400 это утроенная 800, четвертьволновая линия превращяется в 3/4 которая ведет себя в нашем случае так же. Так что настраиваешь линия где-то на 840 и получаешь две рабочие полосы 800 - 930 и 2400 - 2700, моделирование это подтверждает.

 

По FR-4 проблема эпсилона шире 3.8 ...5.0 то что наблюдал. Причем разница может быть на одном листе, в единицу и на каждом листе по разному. Проблема такого материала. Есть марки FR-4 и со стабильными эпсилонами +\-15%, но дороже. Китайцы например 40% такого брака, после измерений, выбрасывают на хоббисткие рынки.

Грустно :-(

 

Смотря какие ПАВ или БАВ брать. 50 ом мечта у них ....

Согласовать бывает трудно особенно в серии. А какая мощность через них?

Крутые срезы на этих частотах ... сколько это по вашему?

Мощности ниже -20 дБм, только прием.

Хотел бы получить ослабление порядка

30 дБ ниже 895 МГц и 40 дБ выше 935 МГц

30 дБ на частотах ниже 2300 и 40 дБ выше 2500

фильтры такие есть у Мураты, Епкоса и др

LTE, GSM и прочие UMTS так и окружают со всех сторон

 

 

"Гиблое" дело делать на сосредоточенных элементах полосовой фильтра на 2400 МГц.

Без настройки не обойтись. А настройка будет очень сложная - практически на интуиции, т.к. любая "сопля" будет уводить характеристики.

Лучше полосовик делать на микрополосках в виде сосредоточенных элементах. Но ЭТО займет очень большую площадь платы.

Полосовой фильтр на 2400 занимает 27х18 мм, для моего случая нормально.

А на 900 буду делать ФНЧ он тоже не большой

 

Здесь не надо никакого Вилкинсона!

Диплексер => ПАВ фильтры => диплексер

Да действительно, второй диплексер лучше чем Вилкинсон

 

Еще мучает вопрос как отлаживать схему?

В идеале мне бы хотелось иметь возможность подключить анализатор цепей на вход и выход каждого блока.

1. Можно сделать большой прототип с кучей разъемов SMA, а потом переразвести плату без них. Так делают в сложных устройствах, но у меня всего 4 компонента и делать негабаритный макет не хочется.

2. Существуют мелкие разъемы например IPX, сделать чтобы дорожки проходили через посадочные места для разъемов, это особенно не увеличит плату. Если ставишь разъем то дорожку за ним или перед ним просто отрезаешь. Если все будет хорошо то переразводить плату не придется

3. Не заморачиваться со всем этим, считая что достаточно входа и выхода схемы, а если все будет плохо то подпаивать кабель прямо к дорожке.

4. Еще видел на платах специальные разъемы или тестовые точки, дорожка проходит через них и размыкается когда в них вставляешь ответную часть (проверял омметром нажимая иголкой на центральный контакт). Но найти описание этих разъемов и ответных частей для них не смог.

 

[Aner 0]

Тут "Грустно :-(" не то слово, ... печально.

LTE ... из компонентов, у выпускающих мобилы брендов, много своего, пока не доступного в широком ширпотребе. Много заказных брендовых штучек. Как понимаю это, чтобы конкурентам было что самим считать и производить. Да сам LTE на 100% мало кто делает из-за жесткости стандарта и массового пр-ва.

А 30...40dB разве это крутые срезы, думаю нет.

[Sokrat 0]

фильтры такие есть у Мураты, Епкоса и др

LTE, GSM и прочие UMTS так и окружают со всех сторон

Разбирал Booster на эти частоты. Там диплексеры выполнены на прямоугольных диэлектрических резонаторах.

[Redcrusader 0]

.....

Еще мучает вопрос как отлаживать схему?

В идеале мне бы хотелось иметь возможность подключить анализатор цепей на вход и выход каждого блока.

1. Можно сделать большой прототип с кучей разъемов SMA, а потом переразвести плату без них. Так делают в сложных устройствах, но у меня всего 4 компонента и делать негабаритный макет не хочется.

2. Существуют мелкие разъемы например IPX, сделать чтобы дорожки проходили через посадочные места для разъемов, это особенно не увеличит плату. Если ставишь разъем то дорожку за ним или перед ним просто отрезаешь. Если все будет хорошо то переразводить плату не придется

3. Не заморачиваться со всем этим, считая что достаточно входа и выхода схемы, а если все будет плохо то подпаивать кабель прямо к дорожке.

4. Еще видел на платах специальные разъемы или тестовые точки, дорожка проходит через них и размыкается когда в них вставляешь ответную часть (проверял омметром нажимая иголкой на центральный контакт). Но найти описание этих разъемов и ответных частей для них не смог.

3-й вариант.

Анализатором цепей смотрите КСВн входа и выхода. Или АЧХ.

Настройки почти никакой, если диплексеры правильно рассчитаны и собраны.

Все подавление будут давать ПАВ-фильтры. Диплексеры добавят подавление только вдали от центральной частоты ПАВ.

 

[dee2mon 0]

Если есть желание хорошо поковыряться, то можно глянуть в сторону полосковых конструкций как в разделе 9.8 Multiband Filters в книге Microstrip Filters for RF/Microwave Applications от KAI CHANG. Примера 1 в 1 к Вашему ТЗ там нет, но есть очень много интересных конфигураций.

[iliyav 0]

Помоделировал hairpin, interdigital и combline фильтры, во всех случаях получается затухание в полосе пропускания 4 дБ или хуже. Это не лучше чем у простого Вилкинсона. Видимо резонансные структуры сильно увеличивают потери. Тангенс потерь задавал 0.02.

 

За книгу Microstrip Filters for RF/Microwave Applications спасибо, изучаю

[uve 0]

Помоделировал hairpin, interdigital и combline фильтры, во всех случаях получается затухание в полосе пропускания 4 дБ или хуже. Это не лучше чем у простого Вилкинсона. Видимо резонансные структуры сильно увеличивают потери. Тангенс потерь задавал 0.02.

 

За книгу Microstrip Filters for RF/Microwave Applications спасибо, изучаю

Для уменьшения потерь переходите на ФАФ , Арлон или Роджерс. У них tg около одной тысячной.

[vfo 0]

Извините, а в чём смысл изобретения собственных диплексоров при наличии копеечных промышленных именно как раз для этих целей, диапазоны ведь стандартные. Ну вот хотя бы https://ww2.minicircuits.com/pdfs/LDP-1050-252+.pdf или https://www.johansontechnology.com/datashee...00DP15A2450.pdf .

[iliyav 0]

Извините, а в чём смысл изобретения собственных диплексоров при наличии копеечных промышленных именно как раз для этих целей, диапазоны ведь стандартные. Ну вот хотя бы https://ww2.minicircuits.com/pdfs/LDP-1050-252+.pdf или https://www.johansontechnology.com/datashee...00DP15A2450.pdf .

Да готовые диплексеры есть, но в дальнейшем планируется использовать нестандартные диапазоны, по этому хотелось делать их самим. Хотя в результате проделанной работы понимаю что недооценил сложность этого, и вероятно действительно лучше использовать готовые.

[Redcrusader 0]

...Хотя в результате проделанной работы понимаю что недооценил сложность этого, и вероятно действительно лучше использовать готовые.

Сложного в диплексерах ничего нет, только:

1. Надо что-то считать. Найти правильную методику.

2. Потом искать нужные номиналы элементов.

3. Паять большее количество элементов (контактов). Больше площади занимает.

А готовый чип-диплексор - 5...6 контактов (2х3 мм или меньше). И голову напрягать не надо.

:laughing:

Edited July 14, 2017 by Redcrusader

[Sokrat 0]

Извините, а в чём смысл изобретения собственных диплексоров при наличии копеечных промышленных именно как раз для этих целей, диапазоны ведь стандартные. Ну вот хотя бы https://ww2.minicircuits.com/pdfs/LDP-1050-252+.pdf или https://www.johansontechnology.com/datashee...00DP15A2450.pdf .

Не перестаю напоминать особо "ретивым" на форуме, что для некоторых применить готовые "буржуйские" не позволяет заказчик, а нашего аналогичного (да ещё и с приёмкой) нет или днём с огнём не отыщешь. Поэтому не стоит так категорично высказываться, ситуации всякие бывают. :bb-offtopic: Правда на случай с ТС-ом это, видимо, не распространяется.

[khach 0]

С крутыми срезами фильтры- это cross-coupled архитектрура. Весьма капризная в настройке, особенно по коэффициентам связи cross-coupled элементов и их длине.

Для малых затуханий надо применять обьемные резонаторы. Так что кусок алюминия, фрезерный станок и VNA для настройки. А. еще не забыть настроечные винты с микрорезьбами, с электрическими и диэлектрическими настроечными элементами- первые для резонаторов, вторые- для элементов связи. Вот тогда можно получить потери 0.8 дб в полосе.