close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

КУРСАЧ23(1)

код для вставкиСкачать
 Содержание
Введение 2
1. Классификация фильтров 2
2. Электрический расчет разрабатываемого устройства 5
2.1 Определение размеров прямоугольного волновода 5
2.2 Выбор размеров коаксиальной линии 6
2.3 Расчет полосового фильтра 7
Заключение 13
Список используемой литературы 14
ВВЕДЕНИЕ
Фильтр - это частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. Идеальный фильтр (ИФ) - это четырехполюсник, затухание А которого на выходе равно нулю в заданной полосе частот f и бесконечно велико на всех частотах вне этой полосы. Зависимость A( f ) называется амплитудно-частотной характеристикой четырехполюсника или, кратко частотной характеристикой.
Заданная полоса частот, где A = 0 , называется полосой пропускание или полосой прозрачности. Полоса частот, где A = ∞ , называется полосой заграждения.
1.Классификация фильтров.
По взаимному расположению полос пропускания и заграждения фильтры подразделяются на фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые или полосопропускающие фильтры ПФ) и режекторные фильтры.
ФНЧ - фильтр с полосой пропускания 0 < f < fсв и полосой заграждения fсв ≤ f < ∞ , где fсв - верхняя частота среза .
ФВЧ - фильтр с полосой пропускания fсн < f < ∞ и полосой заграждения 0 < f ≤ fсн , где fсн - нижняя частота среза .
ПФ - фильтр с полосой пропускания fнс < f < fсв и полосой заграждения 0 < f ≤ fсн ,
fсв ≤ f < ∞ .
РФ - фильтр с полосой пропускания 0 < f < fсн , fсв < f < ∞ и полосой заграждения fнс ≤ f ≤ fсв. По способу преобразования энергии электромагнитного поля (ЭМП), переносимой электромагнитными волнами (ЭМВ), в полосе заграждения фильтры подразделяются на фильтры отражающего типа и фильтры поглощающего типа.
Фильтр отражающего типа - фильтр, в котором энергия ЭМП, переносимой ЭМВ, в полосе заграждения отражается от входа фильтра..Фильтры данного типа состоят из реактивных элементов.
Фильтр поглощающего типа - фильтр, в котором энергия ЭМП, переносимая ЭМВ, в полосе заграждения поглощается в элементах фильтра.
Реализация фильтров с идеально прямоугольными частотными характеристиками невозможна. Поэтому частотные характеристики фильтров всегда имеют вид плавных кривых, форма которых приближается к прямоугольной.
Частотные характеристики фильтров отражающего типа, состоящих из сосредоточенных реактивных элементов, заменяются в основном
1) функцией с максимально плоской характеристикой, предложенной Баттервортом,
2) функцией, содержащей полиномом Чебышева.
Поэтому фильтры в первом случае называются фильтрами с характеристикой Баттеворта или с максимально плоской характеристикой, во втором случае - фильтрами с чебышевской характеристикой.
Рассмотрим ФНЧ. Зависимости A( f ) для ФНЧ с характеристикой Баттерворта и ФНЧ с чебышевской характеристикой , где Amax - максимальное затухание в полосе пропускания, Amin - минимальное затухание в полосе заграждения ( Amax Amin < ), f1 и f2 граничные частоты полосы заграждения.
Указанные зависимости A( f ) отличаются от идеальной характеристики тем, что
1) верхняя граница полосы пропускания fсв не совпадает с нижней границей полосы заграждения f1 ,
2) верхняя граница полосы заграждения f2 ≠ ∞ ,
3) Amin ≠ ∞ ,
4) Amax ≠ 0.
При расчетах часто полагают, что f2 = ∞ .
В ФНЧ с чебышевской характеристикой изменение затухания А в полосе пропускания носит осциллирующий характер, тогда как в ФНЧ с характеристикой Баттерворта в полосе пропускания А монотонно уменьшается. Крутизна обеих частотных характеристик зависит от числа реактивных элементов. При одинаковом числе реактивных элементов крутизна зависимости A( f ) в полосе заграждения чебышевской характеристики больше соответствующей крутизны зависимости A( f ) характеристики Баттерворта. Поэтому заданное затухание Amin ФНЧ можно обеспечить меньшим числом реактивных элементов, если воспользоваться ФНЧ с чебышевской характеристикой.
Зависимости A( f ) для ФВЧ и ПФ с различными характеристиками ,где f1 и f2 - граничные частоты полосы заграждения,f0 - средняя частота полосы пропускания.
АЧХ ФНЧ Баттерворта имеет довольно длинный горизонтальный участок и резко спадает за частотой среза. Переходная характеристика такого фильтра при ступенчатом входном сигнале имеет колебательный характер. С увеличением порядка фильтра колебания усиливаются.
Характеристика фильтра Чебышева спадает более круто за частотой среза. В полосе пропускания она имеет волнообразный характер с постоянной амплитудой. Колебания переходного процесса при ступенчатом входном сигнале сильнее, чем у фильтра Баттерворта. 2.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАЗРОБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА
2.1 ВЫБОР РАЗМЕРОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ВОЛНОВОДА
1. Задаем диапазон рабочих частот и максимальную передаваемую мощность:
fн = 6,90 ∙ 10 9 Гц; fв = 9,90 ∙ 10 9 Гц Рmax = 25 кВт 2. Определяем границы диапазона длин волн:
3. λн = = 30,30 мм
λв = = 43,48 мм
4. Определяем среднегеометрическую длину волны
λср = = 36,30 мм
5. Определяем размер а прямоугольного волновода:
а = = 25,93 мм 1,8 ∙ а = 46,67 мм
Неравенства λн > a , λв < 1,8 ∙ а выполняются.
6. По полученному значению а из п. 4 выбираем стандартный ПВ из ОСТ 4. 206. 000:
а = 28,5 мм; b = 12,6 мм
7. Определяем предельную мощность и допустимую мощность электромагнитных волн в ПВ:
Рпр = = 1,70 ∙ 10 3 кВт
Eпр = 2,9 ∙ 10 3 В/мм; Z0 = 120 π
Pдоп = Рпр = 3,39 ∙ 10 2 кВт
8. Проверяем выполнение неравенства:
Неравенство P Pдоп выполняется
.
2.2 ВЫБОР РАЗМЕРОВ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ
1. Задаем диапазон рабочих частот, максимальную передаваемую мощность, волновое сопротивление, радиус R1 и диэлектрическую проницаемость:
fн = 6,90 ∙ 10 9 Гц; fв = 9,90 ∙ 10 9 Гц; ε = 2,9
Рmax = 25 кВт; Zв = 50 Ом; D1 = 2,5 мм; R1 = D1/2 = 1,25 мм; 2. Определяем границы диапазона длин волн
λн = = 30,30 мм
λв = = = 43,48 мм
3. Определяем наименьшую длину волны в диэлектрике, заполняющем КЛ:
λнд = = 17,79 мм
4. Выбираем величину отношения R2/R1 :
Т. к Zв = 50 Ом, тогда R2/R1 = 2,1 мм
5. Определяем R2 , при заданном R1 и выбранному отношению:
R2 = 2,1 ∙ R1 = 2,63 мм
6. Определяем критическую длину волны Н11 в КЛ:
λк(Н11) = = 7,15 мм
λнд > λк
7. Определяем предельную мощность, переносимую бегущей ТЕМ волной в КЛ:
Рпр = = 138,36 кВт
Pдоп = Рпр = 27,67 кВт
8. Проверяем выполнение неравенства:
Неравенство P Pпр выполняется..
2.3 РАСЧЕТ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА
Рис.3
Эквивалентная схема ПФ отражающего типа включает нечетное число n пар реактивных элементов (n +1)/2 последовательно соединенных индуктивностей и емкостей и (n -1)/2 параллельно соединенных индуктивностей и емкостей.
Для расчета значений емкостей и индуктивностей ПФ необходимо:
Частота среза нижняя fсн = 7,3 ∙ 10 9Гц
Частота среза верхняя fсв = 9,5 ∙ 10 9 Гц
Граничная частота заграждения f1 = 7 ∙ 10 9 Гц
Граничная частота заграждения f2 = 9,8 ∙ 10 9 Гц
Сопротивление нагрузки Rн = 67 Ом
Максимальное затухание в полосе пропускания Amax = 0,22 дБ
Минимальное затухание в полосе заграждения Amin = 30 дБ
Определим число реактивных элементов:
а) Для ФНЧ с характеристикой Баттерворта:
==8,33 ∙ 10 9 Гц
n1 = 12,39; n2 = 16,18
Выбираем число реактивных элементов: n = max(n1 , n2) = 17
-число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей
- число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей
1.2 Для ФНЧ с чебышевской характеристикой:
n1 = 7,20; n2 = 8,31
Выбираем число реактивных элементов: n = max(n1 , n2) = 9
-число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей
- число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей
Расчитать g-параметры для ФНЧ:
Для ФНЧ с характеристикой Баттерворта:
, k=1,2, ... , n
kgk(ФНЧ) 11,845E-0125,473E-0138,915E-0141,205E+0051,478E+0061,700E+0071,865E+0081,966E+0092,000E+00101,966E+00111,865E+00121,700E+00131,478E+00141,205E+00158,915E-01165,473E-01171,845E-01
Необходимым условием правильности полученных значений gk является выполнение равенства:
, k=1,2, ... , n
Неравенство выполняется.
Для ФНЧ с чебышевской характеристикой:
, k=1,2, ... , n
kak10,173648220,530,766044440,93969265160,939692670,766044480,590,1736482
Необходимым условием правильности полученных значений ak является выполнение равенств:
β = 4,369
= 2,451 ∙ 10 -1 Гц
, k=1,2, ... , n
kbk11,771E-0124,733E-0138,101E-0141,030E+0051,030E+0068,101E-0174,733E-0181,771E-0196,008E-02 kgk(ФНЧ)11,4169121,38435632,33852541,51995652,40109661,51995672,33852581,38435691,41691 , k=1,2, ... , n
Неравенство выполняется.
Рассчитать g-параметры для ПФ:
Последовательное соединение Параллельное соединение
Для ФНЧ с характеристикой Баттерворта:
g2k+1(ПФ,L)g2k+1(ПФ,C)g2k(ПФ,L)g2k(ПФ,С)8,388E-112,736E-118,388E-119,225E-122,488E-104,052E-105,664E-124,052E-104,189E-125,478E-106,718E-103,416E-126,718E-102,969E-127,729E-108,477E-102,707E-128,477E-102,568E-128,936E-109,091E-102,524E-129,091E-102,568E-128,936E-108,477E-102,707E-128,477E-102,969E-127,729E-106,718E-103,416E-126,718E-104,189E-125,478E-104,052E-105,664E-124,052E-109,225E-122,488E-108,388E-112,736E-118,388E-11
Для ФНЧ с чебышевской характеристикой:
g2k+1(ПФ,L)g2k+1(ПФ,C)g2k(ПФ,L)g2k(ПФ,C)6,44E-103,56E-123,65E-126,29E-101,06E-092,16E-123,32E-126,91E-101,09E-092,10E-123,32E-126,91E-101,06E-092,16E-123,65E-126,29E-106,44E-103,56E-12
Определяем значения L и C по заданному значению сопротивления нагрузки Rн.
. Для ФНЧ с характеристикой Баттерворта:
Последовательное Параллельное
L2k+1, нГнС2к+1,пФL2k,нГнC2k,пФ5,620E+004,084E-011,252E+006,181E-013,713E+002,715E+018,453E-026,048E+002,807E-018,177E+004,501E+015,098E-021,003E+011,989E-011,154E+015,680E+014,041E-021,265E+011,721E-011,334E+016,091E+013,768E-021,357E+011,721E-011,334E+015,680E+014,041E-021,265E+011,989E-011,154E+014,501E+015,098E-021,003E+012,807E-018,177E+002,715E+018,453E-026,048E+006,181E-013,713E+005,620E+004,084E-011,252E+00
Для ФНЧ с чебышевской характеристикой
L2k+1,нГнC2k+1,пФL2k,нГнС2к,пФ4,32E+015,32E-022,44E-019,391837,12E+013,22E-022,23E-0110,311787,31E+013,14E-022,23E-0110,311787,12E+013,22E-022,44E-019,391834,32E+015,32E-02 Заключение
В результате проведенной работы был сконструирован полосовой фильтр, работающий в частотном диапазоне 6,9 - 9,9 ГГц. При конструировании данного фильтра, было определено число реактивных элементов:
* для чебышевской характеристике n = 9, при этом число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей равно 5, а число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей равно 4 * для характеристике Баттерворта n = 17, при этом число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей равно 9, а число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей равно 8. Также определена эквивалентная схема ПФ отражательного типа, состоящего из сосредоточенных реактивных элементов. Рассчитаны g-параметры для ФНЧ и ПФ, определены значения емкостей и индуктивностей. Заданные в техническом задании условия выдержаны. Библиографический список:
1. Е.А. Воробьев. Расчет производственных допусков устройств СВЧ. Ленинград: Судостроение, 1980 - 148 с.
2. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э. Т Романычева, А. К. Иванова, А. С. Куликова и др.; под ред. Э. Т. Романычевой.  М.: Радио и связь, 1989.  448 с. 3. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование. Под ред. Вольмана В.И.-М.: Радио и связь, 1990-288с.
4. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, Согласующие цепи и цепи связи, т.1,2.-М.: Связь, 1971-440с.
32
- 2 - 468829.001 Лист 2ИзмЛист№ докумПодп.Дата 468829.001 ИзмЛист№ докум.Подп.ДатаРазраб. Грохин Ю.АФильтр верхних частотЛит.ЛистЛистовПров.Новиков Г.А.У114Реценз.УлГТУ Рбд-31Н. контр.Утв.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
14
Размер файла
7 687 Кб
Теги
курсач23
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа