TOPLU DEVRE ELEMANLARI KULLANILARAK TASARLANMIŞ 12Ω-50Ω FİLTRE

Transkript

1 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 PORT P=1 Z=12 Ohm IND ID=L2 L=947.4 ph ID=C C=1.516 pf ID=C4 C=7.62 pf IND ID=L5 L=250 ph ID=C6 C=5.27 pf IND ID=L7 L=500 ph IND ID=L9 L=402 ph ID=C8 C=5.47 pf ID=C12 C=1.51 pf ID=C10 C=2.85 pf PORT P=2 Z=50 Ohm AWR Microwave Office kullanılarak yapılan benzetimde filtreye ait S 21 (sürekli çizgi) ve S 11 (kesikli çizgi) parametreleri aşağıdaki şeilde verilmiştir.

2 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 bandının orta noktası olan 1500 MHz olarak alınmıştır. ******** L2 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ******** Toplu devre eleman değeri 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 = Z 0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir. X=ω.L= Z 0. sinθ X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x.14 x 1.5 x 10 9 x 947,4 x = 8.92 Ω X= Z 0. sinθ = 40.sin 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 1 olarak seçildiğinde gerekli eşdeğer reaktans değeri elde edilebilmektedir. ******** C ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ******** C 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.

3 ******** L5 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ******** Toplu devre eleman değeri 250 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 = Z 0.sinθ ile hesaplanır. Bu iki ifade birbirine eşlendiğinde hat parçasının karakteristik empedansı ve elektriksel uzunluğu elde edilebilir. X=ω.L= Z 0. sinθ X=ω.L = 2.π.f.L= 2 x.14 x 1.5 x 10 9 x 250 x = Ω X= Z 0. sinθ = 55.sin 2 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 2 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 = Z 0. 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.14 x 1.5 x 10 9 x 5.27 x = 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 5 olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir. X= Z 0. cotθ = 14.cot 5 20,14

4 ******** L7 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ******** Toplu devre eleman değeri 500 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 = Z 0.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.14 x 1.5 x 10 9 x 500 x = 2,97 Ω Bobinin reaktansı 2,97 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= Z 0. sinθ = 41.sin 50 2,97 ******** 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 = Z 0. 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,14 x 1.5 x 10 9 x 5.47 x = 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 1 mm yani 5 olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir. X= Z 0. cotθ = 17.cot 5 19,40

5 ******** L9 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI ******** Toplu devre eleman değeri 402 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 = Z 0.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.14 x 1.5 x 10 9 x 402 x = 7.98 Ω Bobinin reaktansı 7,98 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 5 olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir. X= Z 0. sinθ = 50.sin ******** 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 = Z 0. 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.14 x 1.5 x 10 9 x 2.85 x = 7,25 Ω Kondansatörün reaktansı 7,25 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= Z 0. cotθ = XX.cot XX 7.25

6 ******** 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 = Z 0.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.14 x 1.5 x 10 9 x 421 x =,96 Ω Bobinin reaktansı,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 mm yani 7 olarak seçildiğinde gerekli reaktans değeri elde edilebilmektedir. X= Z 0. sinθ = 42.sin 7,96 ******** C12 ELEMANININ DAĞILMIŞ PARAMETRELİ EŞDEĞERİNİN TASARIMI******** C12 elemanı devreye toplu parametreli eleman olarak eklenmiştir. Bu nedenle eşdeğeri tasarlanmamıştır. MCURVE ID=TL W=wi mm ANG=90 Deg R=1 mm MCURVE ID=TL4 W=wi mm ANG=90 Deg R=1 mm MSUB Er=2.2 H=0.254 mm T=0.05 mm Rho=1 Tand=0 ErNom=2.2 Name=SUB1 wi=1.21 wc1=.79 wc2=2.44 wc=0.55 ws=0.97 MCURVE ID=TL14 W=ws mm ANG=90 Deg R=1 mm MCURVE ID=TL15 W=ws mm ANG=90 Deg R=1 mm PORT P=1 Z=12 Ohm MLIN ID=TL1 W=1.7 mm L= mm 2 1 ID=C1 C=1.476 pf 2 1 ID=C2 C=8.12 pf MLIN ID=TL6 W=0.64 mm L=7 mm MTEE$ ID=TL MLIN ID=TL9 W=0.99 mm L=17.08 mm MTEE$ ID=TL7 1 2 MLIN ID=TL12 W=0.74 mm L=21.59 mm 1 2 ID=C C= pf 2 1 MLIN ID=TL17 W=0.74 mm L= mm MTEE$ ID=TL2 MTEE$ ID=TL5 4 MCROSS$ ID=TL16 MTEE$ ID=TL10 PORT P=2 Z=50 Ohm MLEF ID=TL8 W=wc1 mm L=10.6 mm MLEF ID=TL11 W=wc2 mm L=11.8 mm MLEF ID=TL18 W=wc mm L=12.8 mm

7

8 ÜRETİLEN DEVRENİN NETWORK ANALİZÖR İLE ÖLÇÜM SONUCU 800 MHZ - 7 GHZ

9 KARŞILAŞTIRMALAR

10