TOPLU DEVRE ELEMANLARI KULLANILARAK TASARLANMIŞ 12Ω-50Ω FİLTRE
Bu süzgeç yapısı, SRFT (Simplified Real Frequency Technique) ile tasarlanmış olup, AWR Microwave Office
ile yapılan benzetimde, toplu devre elemanlarının kalite faktörleri (Q) sonsuz olarak kabul edilmiştir.
IND
ID=L11
L=421 pH
IND
ID=L2
L=947.4 pH
CAP
ID=C4
C=7.623 pF
IND
ID=L5
L=2350 pH
IND
ID=L7
L=3500 pH
IND
ID=L9
L=4032 pH
PORT
P=1
Z=12 Ohm
CAP
ID=C6
C=5.27 pF
CAP
ID=C3
C=1.516 pF
CAP
ID=C8
C=5.47 pF
CAP
ID=C12
C=1.51 pF
CAP
ID=C10
C=2.85 pF
PORT
P=2
Z=50 Ohm
AWR Microwave Office kullanılarak yapılan benzetimde filtreye ait S21(sürekli çizgi) ve S11 (kesikli çizgi)
parametreleri aşağıdaki şeilde verilmiştir.
TOPLU DEVRE ELEMANLARI İLE TASARLANMIŞ DEVRENİN DAĞILMIŞ PARAMETRELİ
EŞDEĞERİNİN TASARLANMASI
SRFT ile toplu devre elemanları kullanılarak tasarlanan devre, hesaplama sonucunda elde edilen
kondansatör ve bobin değerlerine tam olarak ulaşabilmek ve sonlu Q değerlerinden kaçınmak amacıyla
mikroşerit yapıya çevrilmiştir. Taban malzemesi olarak Rogers RT5880 kullanılmıştır. Dielektrik sabiti 2.2,
taban kalınlığı 10 mil'dir (0.254mm). Seri koldaki kondansatörler toplu devre elemanı olarak eklenmiştir.
(ATC marka kondansatörler kullanılmıştır.) Merkez frekans değeri 800-2200 bandının orta noktası olan
1500 MHz olarak alınmıştır.
******** L2 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Toplu devre eleman değeri 947.4 pH olarak hesaplanana bobinin dağılmış parametreli eşdeğerinin elde
edilmesi şu şekilde gerçekleştirilir. Seri kola eklenmiş olan bobin, yine seri kolda bulunan bir mikroşerit
hat parçası ile eşdeğerdir. Bobinin reaktansı X=ω.L denklemi ile hesaplanır. Mikroşerit hat parçasının
reaktansı ise X = Z0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir.
X=ω.L= Z0. sinθ
X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 947,4 x 10-12 = 8.92 Ω
X= Z0. sinθ = 40.sin 13° ≈ 8.92 Ω
Bobinin reaktansı 8,92 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının genişliğinin ve uzunluğunun
uygun şekilde seçilerek aynı reaktansa sahip olması sağlanmalıdır. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı
40 ohm, hat uzunluğu 5.2mm yani 13° olarak seçildiğinde gerekli eşdeğer reaktans değeri elde
edilebilmektedir.
******** C3 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
C3 elemanı devreye toplu parametreli eleman olarak eklenmiştir. Bu nedenle eşdeğeri tasarlanmamıştır.
******** C4 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
C4 elemanı devreye toplu parametreli eleman olarak eklenmiştir. Bu nedenle eşdeğeri tasarlanmamıştır.
******** L5 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Toplu devre eleman değeri 2350 pH olarak hesaplanana bobinin dağılmış parametreli eşdeğerinin elde
edilmesi şu şekilde gerçekleştirilir. Seri kola eklenmiş olan bobin, yine seri kolda bulunan bir mikroşerit
hat parçası ile eşdeğerdir. Bobinin reaktansı X=ω.L denklemi ile hesaplanır. Mikroşerit hat parçasının
reaktansı ise X = Z0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir.
X=ω.L= Z0. sinθ
X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 2350 x 10-12 = 22.14 Ω
X= Z0. sinθ = 55.sin 23° ≈ 22,14 Ω
Bobinin reaktansı 22,14 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının genişliğinin ve uzunluğunun
uygun şekilde seçilerek aynı reaktansa sahip olması sağlanmalıdır. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı
55 ohm, hat uzunluğu 9 mm yani 23° olarak seçildiğinde gerekli eşdeğer reaktans değeri elde
edilebilmektedir.
******** C6 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Bir ucu topraklanmış kondansatör, bir ucu açık devre mikroşerit hat ile eşdeğerdir. Kondansatörün
reaktansı X= 1 / ω.C denklemi ile hesaplanır. Bir ucu açık devre mikroşerit hat parçasının reaktansı ise X =
Z0. cotθ denklemi ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik empedansı
ve elektriksel uzunluğu elde edilmiş olur. C6 elemanının değeri 5.27 pF olarak hesaplanmıştır. Bu
durumda reaktansı kolayca hesaplanabilir.
X=1 / (ω.C) = 1 / 2.π.f.C= 1 / 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 5.27 x 10-12 = 20,14 Ω
Kondansatörün reaktansı 20,14 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa
sahip olması gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve
uzunluğunun uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı 14 ohm, hat
uzunluğu 12.5 mm yani 35° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. cotθ = 14.cot 35° ≈20,14
******** L7 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Toplu devre eleman değeri 3500 pH olarak hesaplanana bobinin dağılmış parametreli eşdeğerinin elde
edilmesi şu şekilde gerçekleştirilir. Seri kola eklenmiş olan bobin, yine seri kolda bulunan bir mikroşerit
hat parçası ile eşdeğerdir. Bobinin reaktansı X=ω.L denklemi ile hesaplanır. Mikroşerit hat parçasının
reaktansı ise X = Z0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir.
X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 3500 x 10-12 = 32,97 Ω
Bobinin reaktansı 32,97 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa sahip olması
gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve uzunluğunun
uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı 41 ohm, hat uzunluğu 20
mm yani 50° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. sinθ = 41.sin 50° ≈ 32,97
******** C8 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Bir ucu topraklanmış kondansatör, bir ucu açık devre mikroşerit hat ile eşdeğerdir. Kondansatörün
reaktansı X= 1 / ω.C denklemi ile hesaplanır. Bir ucu açık devre mikroşerit hat parçasınının reaktansı ise X
= Z0. cotθ denklemi ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilmiş olur. C6 elemanının değeri 5.27 pF olarak hesaplanmıştır.
bu durumda reaktansı kolayca hesaplanabilir.
X=1 / ω.C = 1 / 2.π.f.C= 1 / 2 x 3,14 x 1.5 x 109 x 5.47 x 10-12 = 19,40 Ω
Kondansatörün reaktansı 19,40 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa
sahip olması gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve
uzunluğunun uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı 17 ohm, hat
uzunluğu 13 mm yani 35° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. cotθ = 17.cot 35° ≈ 19,40
******** L9 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ********
Toplu devre eleman değeri 4032 pH olarak hesaplanana bobinin dağılmış parametreli eşdeğerinin elde
edilmesi şu şekilde gerçekleştirilir. Seri kola eklenmiş olan bobin, yine seri kolda bulunan bir mikroşerit
hat parçası ile eşdeğerdir. Bobinin reaktansı X=ω.L denklemi ile hesaplanır. Mikroşerit hat parçasının
reaktansı ise X = Z0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir.
X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 4032 x 10-12 = 37.98 Ω
Bobinin reaktansı 37,98 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa sahip olması
gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve uzunluğunun
uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı 50 ohm, hat uzunluğu XX
22 yani 53° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. sinθ = 50.sin 53° ≈ 37.98
******** C10 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI********
Bir ucu topraklanmış kondansatör, bir ucu açık devre mikroşerit hat ile eşdeğerdir. Kondansatörün
reaktansı X= 1 / ω.C denklemi ile hesaplanır. Bir ucu açık devre mikroşerit hat parçasınının reaktansı ise X
= Z0. cotθ denklemi ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilmiş olur. C10 elemanının değeri 2.85 pF olarak
hesaplanmıştır. Bu durumda reaktansı kolayca hesaplanabilir.
X=1 / ω.C = 1 / 2.π.f.C= 1 / 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 2.85 x 10-12 = 37,25 Ω
Kondansatörün reaktansı 37,25 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa
sahip olması gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve
uzunluğunun uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı XX ohm, hat
uzunluğu XX mm yani XX° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. cotθ = XX.cot XX° ≈ 37.25
******** L11 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI********
Toplu devre eleman değeri 421 pH olarak hesaplanana bobinin dağılmış parametreli eşdeğerinin elde
edilmesi şu şekilde gerçekleştirilir. Seri kola eklenmiş olan bobin, yine seri kolda bulunan bir mikroşerit
hat parçası ile eşdeğerdir. Bobinin reaktansı X=ω.L denklemi ile hesaplanır. Mikroşerit hat parçasının
reaktansı ise X = Z0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik
empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir.
X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x 3.14 x 1.5 x 109 x 421 x 10-12 = 3,96 Ω
Bobinin reaktansı 3,96 Ω olarak hesaplanmıştır. Mikroşerit hat parçasının da aynı reaktansa sahip olması
gerekmektedir. Bu durumda hat parçasının karakteristik empedansının yani genişliğinin ve uzunluğunun
uygun şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eşdeğer hattın karakteristik empedansı 42 ohm, hat uzunluğu 3
mm yani 7° olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir.
X= Z0. sinθ = 42.sin 7° ≈ 3,96
******** C12 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI********
C12 elemanı devreye toplu parametreli eleman olarak eklenmiştir. Bu nedenle eşdeğeri tasarlanmamıştır.
MCURVE
ID=TL4
W=wi mm
ANG=90 Deg
R=1 mm
MCURVE
ID=TL3
W=wi mm
ANG=90 Deg
R=1 mm
PORT
P=1
Z=12 Ohm
MLIN
ID=TL1
W=1.37 mm
L=3 mm
CAP
ID=C1
C=1.476 pF
3
2
MTEE$
ID=TL2
MSUB
Er=2.2
H=0.254 mm
T=0.035 mm
Rho=1
Tand=0
ErNom=2.2
Name=SUB1
1
CAP
ID=C2
C=8.123 pF
3
2
MTEE$
ID=TL5
1
wi=1.21
wc1=3.79
wc2=2.44
wc3=0.55
ws=0.97
MLIN
ID=TL6
W=0.64 mm
L=7 mm
MLIN
ID=TL9
W=0.99 mm
L=17.08 mm
MTEE$
ID=TL19
1
MCURVE
ID=TL14
W=ws mm
ANG=90 Deg
R=1 mm
2
3
MLIN
ID=TL12
W=0.74 mm
L=21.59 mm
MTEE$
ID=TL7
1
2
CAP
ID=C3
C=0.8179 pF
2
3
1
3
4
MLEF
ID=TL8
W=wc1 mm
L=10.6 mm
MLEF
ID=TL11
W=wc2 mm
L=11.8 mm
MLEF
ID=TL18
W=wc3 mm
L=12.8 mm
MCURVE
ID=TL15
W=ws mm
ANG=90 Deg
R=1 mm
MCROSS$
ID=TL16
MLIN
ID=TL17
W=0.74 mm
L=3 mm
3
2
MTEE$
ID=TL10
1
PORT
P=2
Z=50 Ohm
ÜRETİLEN DEVRENİN NETWORK ANALİZÖR İLE ÖLÇÜM SONUCU 800 MHZ - 7 GHZ
KARŞILAŞTIRMALAR
Download

toplu devre elemanları kullanılarak tasarlanmış 12ω