ERF L4 Passive Devices [Modo de Compatibilidad]

4. PASSIVE DEVICES

1. Dispositivos pasivos1. Discontinuidades2. Componentes Planares3. Resonadores4. Filtros5. Multiplexores6. Divisores7. Acopladores direccionales e hbridos8. Circuladores y aisladores9. Conmutadores y mezcladores

Diseo

1.Especificaciones. 2.Eleccin de tipo (Butterworth, Chebyshev, Quasi-elpticos,..)3.Equivalente paso bajo (tablas). Equivalente paso banda (transformacin)4.Eleccin de tecnologa e implementacin con elementos distribuidos.5.Simulacin

Dispositivos pasivos. Filtros

1.Especificaciones.


1 Ancho de Banda (f2-f1)2 Rizado ()3 Frecuencia central (f0)4 y 6 Selectividad LAS5 Prdidas de insercin LAR7 Prdidas de Retorno LR

Reglas bsicas en el diseo de filtros:+ orden: +resonadores y + prdidas de insercin- ancho de banda: + prdidas de insercin ancho de banda: - acopl. entre resonadores (ms lejos unos de otros)


2.Eleccin de tipo (Butterworth, Chebyshev, Elptico, Quasi-elpticos)


2.Eleccin de tipo (otros: Bessel, Gaussian)


3.Equivalente paso bajo (tablas).

Microstrip Filters for RF/Microwave applications. J-S. Hong and M.J Lancaster


3.Equivalente paso bajo (tablas).


elpticos


3. Equivalente paso banda (transformacin)


Dispositivos pasivos. FiltrosCAD. Filtro LNB

DA_LCBandpassDT1_filterDA_LCBandpassDT1

ResponseType=ChebyshevN=3As=10 dBAp=0.1 dBFs2=13.7 GHzFp2=12.7 GHzFp1=10.7 GHzFs1=9.7 GHz

DT

LL3

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

LL1

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

PortP2Num=2

CC3C=45.414883 f F

CC2C=1.826139 pF

LL2

R=1e-12 OhmL=102.074876 pH

CC1C=45.414883 f F

PortP1Num=1

Dispositivos pasivos. FiltrosImplementacin con lneas microstrip.

Filtros paso bajo mediante saltos de impedancia

Filtros paso bajo con lneas en circuito abiertoSecciones cortas de alta impedancia

Secciones cortas de baja impedancia



Filtros paso bajo con lneas en circuito abierto.

1

2

1ZkZ

www.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/filterek.pdf

Equivalencias de Kuroda

(apuntes)


Filtros paso bajo con lneas en circuito abierto. Ejercicio

Diseo de un filtro paso-bajo, con comportamiento Chebishev de orden 3, con rizado 0.5 dB en la banda de paso, y frecuencia de codo a 3 GHz (impedancia de carga y generador de 50 ohms)

Tablas:

L1= L3=1.5963*502*C2=1.0967/50


Filtros paso bajo con inversores de impedancia/admitancia

Inversores de impedancia: permiten reemplazar comportamiento inductivo por reactivo y viceversa


Filtros paso bajo con inversores de impedancia/admitancia


Fabricacin de inversores de impedancia:


Filtros paso banda con lneas en cortocircuito

LL3

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

LL1

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

PortP2Num=2

CC3C=45.414883 f F

CC2C=1.826139 pF

LL2

R=1e-12 OhmL=102.074876 pH

CC1C=45.414883 f F

PortP1Num=1


Filtros paso banda con lneas en c.a

EJERCICIO: DISEAR FILTRO PARA LNBL1=4.1 nHL2=102 pH


Filtros paso banda con lneas /2 acopladas por los extremos

Z0,/2



Filtros paso banda con lneas acopladas /4

Z0,/2Z0,/2 Z0,/2



Filtros paso banda con lneas acopladas /4



Filtros paso altoFiltros banda eliminada


Dispositivos pasivos. FiltrosImplementacin con lneas microstrip. Filtro LNB

DA_LCBandpassDT1_filterDA_LCBandpassDT1

ResponseType=ChebyshevN=3As=10 dBAp=0.1 dBFs2=13.7 GHzFp2=12.7 GHzFp1=10.7 GHzFs1=9.7 GHz

DT

LL3

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

LL1

R=1e-12 OhmL=4.104446 nH

PortP2Num=2

CC3C=45.414883 f F

CC2C=1.826139 pF

LL2

R=1e-12 OhmL=102.074876 pH

CC1C=45.414883 f F

PortP1Num=1


MLINTL5

L=l3W=w3Subst="MSub1"

MLINTL2


MLINTL11

L=l1aW=w1aSubst="MSub1"

MLOCTL8

L=l1bW=w1bSubst="MSub1"

MLOCTL12


MLOCTL14


MTEETee2

W3=w1aW2=w3W1=w3Subst="MSub1"

MTEETee3


MTEETee1


MLINTL15


MLINTL13


TermTerm1

Z=50 OhmNum=1

TermTerm2

Z=50 OhmNum=2


VARTL6

l3=11.511 mm opt{ 1mm to 20mm }l2b=1.43354 mm opt{ 0.1mm to 20mm }l2a=7.43567 mm opt{ 1mm to 20mm }l1b=9.52776 mm opt{ 1mm to 20mm }l1a=7.66448 mm opt{ 1 mm to 20 mm }w3=1.197 mmw2b=1.2 mmw2a=1.2 mmw1b=1.2 mmw1a=1.2 mm

EqnVar

S_ParamSP1

Step=Stop=15 GHzStart=8 GHz

S-PARAMETERS

OptimOptim1

SaveCurrentEF=noUseAllGoals=yes

UseAllOptVars=yesSaveAllIterations=noSaveNominal=noUpdateDataset=yesSaveOptimVars=noSaveGoals=yesSaveSolns=yesSeed= SetBestValues=yesNormalizeGoals=noFinalAnalysis="SP1"StatusLevel=4DesiredError=0.0MaxIters=25OptimType=Random

OPTIM

GoalOptimGoal5

RangeMax[1]=15 GHzRangeMin[1]=13.7 GHzRangeVar[1]="freq"Weight=Max=-20Min=-100SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,1))"

GOAL

GoalOptimGoal4

RangeMax[1]=9.7 GHzRangeMin[1]=8 GHzRangeVar[1]="freq"Weight=Max=-20Min=-100SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,1))"

GOAL

GoalOptimGoal6

RangeMax[1]=12.7 GHzRangeMin[1]=10.7 GHzRangeVar[1]="freq"Weight=100Max=-15Min=-100SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(1,1))"

GOAL

GoalOptimGoal1

RangeMax[1]=12.7 GHzRangeMin[1]=10.7 GHzRangeVar[1]="freq"Weight=Max=0Min=-1SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,1))"

GOAL

MLOCTL12


MSUBMSub1

Rough=0 mmTanD=0.0013T=17 umHu=1.0e+033 mmCond=5.8e7Mur=1Er=3H=0.5 mm

MSub

MLINTL5


MLOCTL17


TermTerm2

Z=50 OhmNum=2

MCROSOCros3

W4=w1aW3=w3W2=w1bW1=w3Subst="MSub1"

TermTerm1

Z=50 OhmNum=1

MLOCTL15


MLOCTL8


MCROSOCros1


MLINTL2


MLOCTL16


MCROSOCros2

W4=w1aW3=w3W2=w2bW1=w3Subst="MSub1" MLOC

TL14



MLOCTL12


MSUBMSub1

Rough=0 mmTanD=0.0013T=17 umHu=1.0e+033 mmCond=5.8e7Mur=1Er=3H=0.5 mm

MSub

MLINTL5


MLOCTL17


TermTerm2

Z=50 OhmNum=2

MCROSOCros3


TermTerm1

Z=50 OhmNum=1

MLOCTL15


MLOCTL8


MCROSOCros1


MLINTL2


MLOCTL16


MCROSOCros2

W4=w1aW3=w3W2=w2bW1=w3Subst="MSub1" MLOC

TL14



Multiplexores

Diplexor


Multiplexores


Multiplexores (manifold-coupled)

Ejemplos de filtros comerciales

Filtros SAW http://www.triquint.com/prodserv/tech_info/white_papers.cfm

LC filters (lumped elements)

Lumped Components filters from KL Microwave (izqda) y from BSC Filters Ltd (derecha)

The elements in the filter are lumped (i.e. concentrated over a small area). The inductors are coils of wire wound around cylindrical formers, and the capacitors are parallel plate chips or simpler portions of substrate material

Juan Carlos Collado Gmez


Ejemplos de filtros comercialesComblineCombline filters replace the inductors in a lumped element filter with distributed inductors or lengths of transmission line leaving the capacitors lumped, although distributed capacitance is sometimes used.

Combline filter y duplexor de BSC Filters Ltd

Interdigital filtersInterdigital filters are entirely distributed networks consisting of an array of short circuit quarter wavelength lines

BSC Filters LtdJuan Carlos Collado Gmez



Suspended Substrate StriplineThese filters are also entirely distributed, consisting of both series and shunt transmission line sections

WaveguideWaveguide filters consist of half wavelength cavities separated by inductive irises

Suspended substrate resonator de KL microwave

CeramicUse coaxial ceramic

resonators

15 GHz bandpass filters with waveguide input/SMA output from mmWave Technologies

Coaxial ceramic resonators de TEMEX2GHz,6GHz,8GHz, and 12GHz, Coaxial bandpass

filters from mmWave Technologies




Combline cavity filter

http://www.guidedwavetech.com/CustomDesign/TUD.htm



Band pass Filters for L-Band (1.4 GHz) Polarimetric RadiometerTechnology: Six pole quasi elliptic folded combline filter. Four transmission zeroes are added to increase rejection


Helical filtersBSC Helical Filters use spiral wound resonators inside cavities to give distributed element performance in a small package.

Helical filters from BSC Filters Ltd

Tubular FiltersTubular Filters use discs as capacitors and either coiled wire or rods as inductors to form the resonant circuits. The structure is enclosed in a tubular earth plane. By using distributed capacitors and inductors these filters have lower insertion loss than lumped element structures.

Tubular filters from BSC Filters Ltd



Ejemplos de filtros comerciales Productos de KL Microwave



Ejemplos de filtros para estaciones base WCDMA

UMTS filter en recepcin para estaciones base de KL Microwave




UMTS Duplexor para estaciones base de KL Microwave




DCS-UMTS Duplexor dual de KL Microwave



Divisores Unin T Divisor resistivo Divisor de Wilkinson

Acopladores direccionales Parmetros Hibrido 90

Anillo Lange Coupler

Hibrido 180 Anillo Tapered coupled line

A.D con lneas acopladas

Conmutadores y mezcladores Conmutadores

Clasificacin Ejemplos (Diodos PIN)

SPST reflective SPST Absorptive SPDT

Mezcladores

TermTerm1

Z=50 OhmNum=1

diodoHP_3_2DX3

Cc=0.035 pFCj=0.12 pFRj2=20/((i_dc2*1000)^0.9) OhmRj1=20/((i_dc1*1000)^0.9) OhmRs=0.5Lb=0.7 nHCp=0.03 pFCl=0.00001 pFLl=0.4 nH

2

1

3TermTerm2

Z=50 OhmNum=2

m1freq=dB(S(2,1))=-0.219

2.991GHzm2freq=dB(S(1,1))=-14.742

2.991GHz

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50.0 5.0

-30

-20

-10

-40

0

freq, GHz

d

B

(

S

(

2

,

1

)

)

m1

d

B

(

S

(

1

,

1

)

)

m2

m1freq=dB(S(2,1))=-18.543

2.991GHzm2freq=dB(S(1,1))=-0.069

2.991GHz

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50.0 5.0

-60

-40

-20

-80

0

freq, GHz

d

B

(

S

(

2

,

1

)

)

m1

d

B

(

S

(

1

,

1

)

)

m2

Ejemplo SPST

Ejemplo SPDT

TermTerm3

Z=50 OhmNum=3

diodoHP_3_2DX4

Cc=0.035 pFCj=0.12 pFRj2=20/((i_dc2_2*1000) 0^.9) OhmRj1=20/((i_dc1_2*1000) 0^.9) OhmRs=0.5Lb=0.7 nHCp=0.03 pFCl=0.00001 pFLl=0.4 nH

2 1

3

diodoHP_3_2DX3

Cc=0.035 pFCj=0.12 pFRj2=20/((i_dc2*1000) 0^.9) OhmRj1=20/((i_dc1*1000) 0^.9) OhmRs=0.5Lb=0.7 nHCp=0.03 pFCl=0.00001 pFLl=0.4 nH

21

3 TermTerm2

Z=50 OhmNum=2Term

Term1

Z=50 OhmNum=1

m1freq=dB(S(2,3))=-0.142

3.040GHzm2freq=dB(S(1,3))=-23.383

3.040GHzm1freq=dB(S(2,3))=-0.142

3.040GHzm2freq=dB(S(1,3))=-23.383

3.040GHz

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50.0 5.0

-60

-40

-20

-80

0

freq, GHz

d

B

(

S

(

1

,

3

)

)

m2

d

B

(

S

(

2

,

3

)

)

m1

m1freq=dB(S(2,3))=-23.383

3.040GHzm2freq=dB(S(1,3))=-0.142

3.040GHzm1freq=dB(S(2,3))=-23.383

3.040GHzm2freq=dB(S(1,3))=-0.142

3.040GHz

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.50.0 5.0

-60

-40

-20

-80

0

freq, GHz

d

B

(

S

(

1

,

3

)

)

m2

d

B

(

S

(

2

,

3

)

)

m1

Ejemplo SP4T

Mezcladores

Parmetros relevantes

Perdidas de conversinAislamientosTabla de harmnicosVSWRFactor de ruido: en pasivos F=CL+0.5 dBPunto de compresin a 1 dB

TiposPasivosActivos

Tabla de armnicos del SRA-1 de MinicircuitsJuan Carlos Collado Gmez

Conmutadores y mezcladores Mezcladores

Tipos Parmetros relevantes Ejemplos

Diodo Mixer Mezcladores balanceados Mezclador de rechazo de frecuencia imagen Mezcladores con FETs

Parmetros relevantes

Perdidas de conversinAislamientosTabla de harmnicosVSWRFactor de ruido: en pasivos F=CL+0.5 dBPunto de compresin a 1 dB

TiposPasivosActivos

Tabla de armnicos del SRA-1 de MinicircuitsJuan Carlos Collado Gmez

Mezcladores

Ejemplo de datasheet de mezclador


Mezcladores

Diodo mixerCaracterstica I-V de un diodo

Expansin en serie de Taylor (pequea seal)

( ) 1VSI V I e

I

V

+

V

-

I

' 20

1( ) ( ) ( ) ...2d d

I V I G v t G v t 00

2' 2

2V

d sV V

IG I eV

LPFDC_BlockPIN

DC_Feed

DC_Block

Vrf(t)

Vol(t)Vif(t)

DC

2'0 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ...2d rf ol d rf oli t I G v t v t G v t v t


Mezcladores

Mezclador balanceado

LPF

PIN1

PIN2

Hybrid90

-180

-90IN

ISO

Mejora VSWRRF y aislamiento OL-RF

Vrf(t)

Vol(t)

Vfi(t)

Hbrido se puede hacer con transformadores (a baja frecuencia)

Transformer

Mezclador doble balanceado


Mezcladores

Mezclador doble balanceado

Comparado con balanceado simple, mejores prdidas de conversin e IP3 a costa de peor VSWR en RF.


Mezcladores

Mezclador rechazo frecuencia imagen


Mezcladores

Comparacin

Type VSWRRF RF-OL isol CL IP3 Image reject

Diodo - = + = -

Balanceado 90 + - + = -

Balanceado 180 = ++ + = -

Doble balanceado - ++ ++ ++ -

Image reject + + + + ++


Mezcladores

FET mixer

Vrf(t)

Vol(t)

Vif(t)

+DC

-DC

DC_Feed LO bypass

LPF

DC_Feed

FET

Ganancia de conversin pero peor ruido

Mala adaptacin OL-RF y pobre aislamiento OL-RF

JFET

RF match

OL match

Mejorado con FET con dos puertas: Mejorado con 3 FET

FI Balun

OL balun

(clula de Gilbert: 6FETS)


RF

Mezcladores

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