Hi, ich versuche für 2.45 GHz ein Bandpassfilter als Interdigitalfilter auf Rogers RO4350B zu entwerfen. Ich benötige ein Chebyshev Filter 7. Ordnung, um meine Anforderungen zu erfüllen. Mittels dem Zverev habe ich die Prototypen Tiefpass Elemente bestimmt. Nun habe ich die benötigten Koppelfaktoren zwischen den einzelnen Resonatoren berechnet, sowie die externe Güte des ersten und letzten Resonators. Die Werte sind auch absolut plausibel. Beispielsweise beträgt der Koppelkoeffizient vom 1. zum 2. Resonator 0.0315. Wenn ich nun jedoch eine FEM-Simulation mache von den gekoppelten Lambda/4 Resonatoren, und eine Kopplung von nur 0.0315 realisieren will, dann muss ich meine Resonatoren bereits in einem Abstand von über 6 mm voneinander platzieren. Ansich kein Problem, jedoch wird so die Einfügungsdämpfung gross. Was mache ich falsch, wie entwirft man ein Interdigitalfilter richtig?
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Ich habe mal vor einem guten Dutzend Jahren sowas gemacht, für Amateurfunkzwecke. Das ging am besten durch educated guess und dann cut & try mit einem Electromagnetics-Simulator. Die Sache ist dann irgendwann im Sande verlaufen, ich glaube, der AO-40 wurde nie gestartet oder ging nicht und nach Plattenproblemen hab' ich mir dann nicht mehr die Mühe gemacht, das ordentlich zu recovern. Ich habe das Design Kuchenstückfilter genannt; es ist ziemlich platzsparend. Wo der viele Strom fließt, ist der Resonator dünn und hat viel Induktivität, wo viel Spannung herrscht ist er breit und hat viel Kapazität. Das beschädigt auch die Obertonresonanzen sehr schön, weil diese Verhältnisse dort nicht zutreffen. Bild: Raster = 10 mil, Rogers 5870, 0.5mm. Ich habe das später noch zum Exzess getrieben: Die induktive Hälfte nur eine Leiterbahn bis zum Via, die kapazitive Hälfte ein fast quadratischer Patch. Das lässt sich schön ineinander schieben und die Kopplung kann man gut einstellen. Die rechteckigen Strukturen waren sehr EM-Simulator-freundlich. Der Empower war etwas zickig, wenn die Symmetrie nicht absolut exakt war. Ich kann die Filter- und Oszillatorbücher von Randall Rhea nur empfehlen. Gruß, Gerhard
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Ich finde zwar auf die Schnelle nicht mehr die Simulationen hierfür, aber immerhin Photos. Und weil ich zufällig gerade ein 2400MHz-Filter für die Abtastrate eines schnellen ADCs brauche, habe ich vor ein paar Tagen auch die Passbänder gemessen. (Die Filter sind alt, aber der VNA noch neu, zumindest bei mir.) Bungard FR-4, 0.8mm Vermutlich kann man da noch dies & jenes verbessern. Z.B. die Portkabel wegkalibrieren, hab' ich nicht gemacht; war nur zur Übersicht. Beim Stepped impedance filter koppelt es kaum vom Patch auf die dünne Stripline, die ist dort ja fast geerdet. Es koppelt recht stark über die Kanten zwischen den rechteckigen Patches, das kann man gut einstellen.
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G. Ast schrieb: > dann > muss ich meine Resonatoren bereits in einem Abstand von über 6 mm > voneinander platzieren. Das bedeutet, dass viel vom Feld durch die Luft geht. Du wirst dann den Einfluß des Deckels zu spüren bekommen, evtl. auch Gehäuseresonanzen und, falls die Resonatoren nicht in getrennten Kammern untergebracht sind, auch die direkte Kopplung zwischen Eingang und Ausgang.
Hp M. schrieb: > Das bedeutet, dass viel vom Feld durch die Luft geht. > Du wirst dann den Einfluß des Deckels zu spüren bekommen, evtl. auch > Gehäuseresonanzen und, falls die Resonatoren nicht in getrennten Kammern > untergebracht sind, auch die direkte Kopplung zwischen Eingang und > Ausgang. Hi Hp, ja das kann schon sein. Wie kann ich bewirken, dass mehr vom Feld durch das Substrat geht? oder soll ich in der Simulation einfach den Deckel noch berücksichtigen? im Moment habe ich vorgesehen, dass oben offen ist, was so auch in der Simulation berücksichtigt ist, d.h. oberhalb des Filters ist Freiraum. Gerhard H. schrieb: > Bungard FR-4, 0.8mm > Vermutlich kann man da noch dies & jenes verbessern. Z.B. die Portkabel > wegkalibrieren, hab' ich nicht gemacht; war nur zur Übersicht. Hi Gerhard, WOW, du hast es sogar auf FR4 hinbekommen! das möchte ich eigentlich auch. Ich will nicht unbedingt Rogers einsetzen, FR4 wäre mir lieber. Mit dem etwas höheren Insertion Loss könnte ich leben. Das Problem ist aber, dass beim FR4 die Verluste schon gigantisch werden, wenn die Resonatoren so weit von einander entfernt sind. Bei dir sind sie ja noch recht nahe beieinander. Grundsätzliche Frage: Mein Filter soll bei 2400 MHz die untere Grenzfrequenz haben und bei 2350 MHz bereits wenigstens 60 dB dämpfen. Nach den Nomogrammen im Zverev müsste das mit einem Chebyshev Filter Ordnung 7 und Rippel 0.5 dB gehen. Eine SPICE Simulation des idealen Filters zeigt, dass dem auch wirklich so ist. Die obere Grenzfrequenz soll bei 2500 MHz liegen, und bei 2550 MHz soll die Dämpfung wenigstens 50 dB betragen. Auch das erreiche ich mit dem genannten Filter. Die Realisierung wird aber schwierig, weil die Kopplung der Resonatoren extrem lose sein muss. Bedeutet es, dass es gar nicht möglich ist, dieses Filter als Interdigitalfilter zu realisieren, weil durch die benötigte lose Kopplung die Abstände einfach zu gross werden?
Scheint mir zu ambitioniert zu sein. Das stepped imp. Filter liegt ja auch bestimmt 30 MHz zu tief. Bei FR4 kann eps-r beträchtlich schwanken, je nach Glasfaser / Epox-Verhältnis. Man kann sich natürlich auf einen bestimmten Hersteller kalibrieren. Wenn der Deckel viel Einfluss hat, bedeutet das natürlich auch Abstrahlungsverluste wenn man ihn weglässt. Das geht zu Lasten des Q. Dickes Substrat = gutes Q wenn man die Abstrahlung verhindert, dünnes Substrat = schlechteres Q bei weniger Kopplung. Der induktiv wirksame Teil der Striplines ist besser "portabel" auf unbekanntes Platinenmaterial als der kapazitive. Im Strombauch spielt eps-r kaum eine Rolle, allenfalls die Glattheit der Kupferfolie. Bei FR-4 ist sie rauher, damit sie besser klebt. Bei Teflon klebt eh nix richtig, wie das Spiegelei in der Pfanne. Dort ist die Folie glatter gewalzt für weniger Verluste bei UHF/SHF. Wenn man partout FR4 haben will, ist man mit verküzten Striplines am besten bedient. Man macht den Teil, wo der Strombauch ist mit einer möglichst breiten Stripline und ersetzt das Stück mit dem Spannungsbauch durch (am besten mehrere) parallele 0603-Kondensatoren. Dann kann man auch etwas trimmen und NP0-Kerkos haben noch eine halbwegs brauchbare Güte. Meine Plastik-Trimmer sind albern wenn man performance will. Wenn nur bestimmte Frequenzen unterdrückt werden müssen, sind Saugkreise eine gute Sache. Ersatzschaltbilder in Spice zu simulieren ist von der Realität zu weit entfernt. Die Effekte auf die es ankommt, sind zu leicht "lost in translation". Die Ausführung der Vias und Kopplung, Abstrahlung etc. spielen eine Rolle. Besorge Dir die Umsonst / Billig-Version von Sonnet. Ich hatte damals Genesys, das ist von HP/Agilent/Keysight gekauft worden, vermutlich jetzt unerschwinglich, aber immer noch erreichbarer und für Gelegenheitsnutzer besser zu handhaben als das ADS. Möglicherweise bist Du mit SAWs wie EPCOS/TDK B9430 besser bedient. Digikey und Mouser haben einiges. Gruß, Gerhard
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Gerhard H. schrieb: > Scheint mir zu ambitioniert zu sein. Du meinst wegen der schmalen Bandbreite? ich habe zwar gelesen, dass die Entwurfsmethode über die Kopplungskoeffizienten und das externe Q besonders für schmalbandige Filter kleiner 10% relativer Bandbreite gut geeignet sein soll. Wie würde man denn ein so schmales Bandpassfilter sonst realisieren? klar könnte ich es als Cavity Filter machen. Aber das wird recht sperrig. Die Idee mit den Kondensatoren, um die Resonatoren zu verkürzen, gefällt mir. Wie berechnest du die Grösse der Kondensatoren? wenn da keine Trimmer sind, musst du ja die richtigen Werte einlöten. Diese durch probieren zu finden scheint mir nicht adäquat ;-) Gerhard H. schrieb: > Ersatzschaltbilder in Spice zu simulieren ist von der Realität zu weit > entfernt. Es ging ja eben genau nicht darum, die Realität nachzubilden, sondern zu schauen, ob das Cheby. Filter 7. Ordnung meine Anforderungen bezüglich Frequenzgang erfüllen kann. Dazu wollte ich explizit das verlustfreie und ideale Filter simulieren. Dass eine solche Simulation mit SPICE nicht realitätsnah ist, ist mir durchaus bewusst ;-)
G. Ast schrieb: > schauen, ob das Cheby. Filter 7. Ordnung meine Anforderungen bezüglich > Frequenzgang erfüllen kann. Dazu wollte ich explizit das verlustfreie > und ideale Filter simulieren. Aber doch dann wohl nicht auf FR4 aufbauen? G. Ast schrieb: > Mein Filter soll bei 2400 MHz die untere Grenzfrequenz haben und bei > 2350 MHz bereits wenigstens 60 dB dämpfen. Na, ganz wirst du diesen Dämpfungswert nicht schaffen. Bei FR4 auch im Durchlassbereich :) Gerhard H. schrieb: > Wenn man partout FR4 haben will, ist man mit verküzten Striplines am > besten bedient. Meinst du Stripline oder Microstripline? Mit Stripline bekommt man auch das Abstrahlungsproblem in den Griff, aber hat eben kaum noch Zugriff auf die internen Strukturen. Imho wird es aber mit FR4 so oder so nicht gelingen ein Filter der gewünschten Güte aufzubauen. Falls das Filter für einen Sender dienen soll, lohnt es sich bestimmt auch die Verluste unter dem Aspekt der Wärmeentwicklung zu betrachten.
Hp M. schrieb: > Gerhard H. schrieb: >> Wenn man partout FR4 haben will, ist man mit verküzten Striplines am >> besten bedient. > > Meinst du Stripline oder Microstripline? Ja, micro strip natürlich.
Hp M. schrieb: > Gerhard H. schrieb: >> Wenn man partout FR4 haben will, ist man mit verküzten Striplines am >> besten bedient. > > Meinst du Stripline oder Microstripline? Ja, micro strip natürlich. Obwohl, das geht auch mit echten striplines. Wer experimentieren will kann auch suspended Microstrip nehmen. Also: Masseebene, definierte Menge Luft, Leitungen auf dünnem FR4 ohne Masse, viel Luft, Deckel. Die Feldlinien gehen dann praktisch nur durch Luft, das bisschen FR-4 im toten Winkel ist egal. Ein- und Auskopplung sind schwierig, Vias haarig. Kann den Ärger wert sein bei Strukturen die keine Vias brauchen, wie Branchline-Koppler oder Haarnadelfilter. Schmalbandig kann man virtuelle Masse erzeugen mit Lambda/4-Strips. (war wegen der anderen Antwort nicht mehr bearbeitbar)
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G. Ast schrieb: > Die Idee mit den Kondensatoren, um die Resonatoren zu verkürzen, gefällt > mir. Wie berechnest du die Grösse der Kondensatoren? wenn da keine > Trimmer sind, musst du ja die richtigen Werte einlöten. Diese durch > probieren zu finden scheint mir nicht adäquat ;-) Im Simulatorschaltplan das Filter aus Via-Modellen, Strips, Endstücken, Substratangaben, Kondensatoren zusammenbauen. Wenn es halbwegs stimmt, den Optimizer drüberlaufen lassen. Wegen der Rechenzeit der EM-Simulation Pausenfüller-Tätigkeit einplanen.
Hoi ich habe zu den Interdigitalfiltern auch eine Frage. Ich wollte auch so ein Interdigitalfilter entwefen und habe das in CST simuliert. Aus dem Zverev kriegt man ja die gewünschten k und q Werte. Ich habe dann eine entsprechende Geometrie gezeichnet, welche die entsprechenden Abmessungen hat. Mir ist klar, dass dann der erste Wurf des Filters nicht die gewünschte Charakteristik hat, weil die Resonatoren verstimmt sind. Ich habe dann die Methode von Dishal benutzt, um das Filter abzustimmen: alle Resonatoren habe ich (in der Simulation!!) durch anfügen grosser Kupferstücke kurzgeschlossen, ausser dem ersten. Dann habe ich die Länge des ersten Resonators so optimiert, dass die Impedanz Z11 minimal wird (bei Resonanz). Danach habe ich den 2. Resonator optimiert (diesmal so, dass die Impedanz Z11 maximal wird) und so weiter, und habe jeweils auf minimale und maximale Impedanz optimiert. Eigentlich habe ich es genau so gemacht, wie hier gezeigt https://www.johansontechnology.com/dishal-bandpass-filter-tuning-using-lasertrim-chip-caps.html nur dass man in einem FEM-Programm halt normalerweise nicht die Spannung sehen kann, sondern nur S-Parameter oder eben Z-Parameter. Wenn man das nun aber so optimiert, dann hat das Filter schlussendlich doch nicht die richtige Charakteristik. Weshalb nicht? muss man die Koppelfaktoren auch noch tunen? Dishal schreibt in seinem Paper "Alignment and Adjustment of Synchronously Tuned Bandpass Filters", dass man an den Koppelfaktoren nichts ändern soll.
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