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UTN – FRBA – ME2 Octubre, 2014
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
Departamento de Electrónica
Materia: Medidas Electrónicas 2
Proyecto: Filtro Amplificador Pasabanda
Fo = 2.44GHz y BW = 80MHz
Docente: Ing. Alejandro Henze
Ayudante de TP: Federico Lumma
Grupo N°: 1
Alumnos :
Apellido y Nombre Legajo
1 Cafa, Adrián Pablo 120972-3
Entrega Informe Fecha Firma
Primer entrega / / 14
Aprobación / / 14
Entrega Devolución Re-entrega Firma Recepción
2° / / 14 / / 14
3° / / 14 / / 14
4° / / 14 / / 14
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Amplificador y Filtro pasabanda 2.4ghz BW=80mhz
Alumnos: Adrián Cafa Docente a cargo: Alejandro Henze
Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Buenos Aires Medidas Electrónicas 2
INTRODUCCIÓN
La finalidad de este proyecto es la realización de un Amplificador y Filtro pasabanda en 2.44ghz BW=80mhz
Me pareció interesante la idea de trabajar en esta frecuencia ya que está en los estándares que certifica Wi-Fi, se
utiliza en IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e IEEE 802.11n en una aceptación internacional, debido a que la banda de
2.4 GHz está disponible casi universalmente, con una velocidad de hasta 11 Mbit/s, 54 Mbit/s y 300 Mbit/s,
respectivamente.
Para la realización del proyecto nos valemos de un sustrato ROGERS RO3003 y de un amplificador para
recuperar las posibles pérdidas del filtro. Del sustrato contamos de las especificaciones de construcción y del
amplificador de los parámetros “S”.
La idea es realizar las mediciones con los equipos existentes en el lab de la facultad (AE)
Realizaremos el diseño del filtro, mediante la tecnología Microstrip con el software de diseño Ansoft Designer
(versión student).
El circuito se realizó en el Programa “Ansoft-Designer-SV”, por medio de una
aplicación del mismo llamada “FilterDesignerWizard”, una interfaz que en pocos
tiempo nos permite diseñar y simular un filtro a partir de sus principales
especificaciones.
Ansoft-Designer es un software de electromagnetismo que permite diseñar y simular
una gran variedad de elementos en una geometría plana, tal como ocurre en una
placa de circuito impreso.
Existen diversas formas de implementación de filtros microstrip, todos ellos basados
en la disposición de las líneas sobre el sustrato, las cuales implementan los
resonadores del filtro.
Se escogió para el diseño, un filtro pasabanda con la topología Stepped Impedance, Maximally Flat.
Se planteó el desarrollo de un amplificador sintonizado de microondas con tecnología microstrip, con una
frecuencia central 2,4 GHz y un ancho de banda de 80 MHz. Para el diseño del filtro microstrip de líneas acopladas se
utilizó el software Ansoft Designer en su versión Student, ajustando las características del filtro hasta obtener un
conjunto de líneas acopladas con dimensiones realizables bajo el método de construcción de impresos con el método
fotosensible (UV con Blue Tape), pero no me dio buenos resultados este método, termine usando el clásico método de la
plancha.
Para el diseño del amplificador sintonizado se tomó el circuito de aplicación de la hoja de datos del amplificador
era3+:
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TEORIA DE FILTROS MICROSTRIP PRINCIPIOS BASICOS
a) Línea Microstrip
La línea Microstrip es una de las líneas de transmisión de tipo planar más populares,
se puede integrar fácilmente otros componentes de microondas tanto activos como
pasivos.
• No existe un modo TEM puro.
los campos se extienden por el dieléctrico
y el aire � estructura NO homogénea
• d /λ << 1 � aproximación quasi-TEM
utilizamos una constante dieléctrica efectiva.
Se puede aplicar entonces la teoría de
líneas de transmisión.
La velocidad de propagación de una
onda electromagnética en líneas
microstrip
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CONSTANTE DIELECTRICA EFECTIVA
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IMPEDANCIA CARACTERISTICA:
b) Acoplamiento Microstrip
Las líneas microstrip acopladas es una de las metodologías más ampliamente
utilizada para la implementación de filtros y acopladores microstrip. Para su
aplicación se utiliza el método del análisis de los modos par e impar . A continuación
se muestra una breve explicación del mismo.
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• Una excitación arbitraría de una línea acoplada se
puede tratar siempre como una superposición de
amplitudes apropiadas de modos par e impar .
• Existe una capacidad por unidad de longitud para cada
modo, por lo tanto: Impedancia característica distinta
en ambos modos: Z0e y Z0o.
• Una vez obtenidos los valores de Z0e y Z0o se calculan
las dimensiones y separación de las líneas a partir de
gráficos tabulados (derecha) [Pozzar].
• Los filtros de líneas acopladas son desarrollados a
partir de inversores de inmitancias.
c) Discontinuidades Microstrip
Las discontinuidades microstrip son otra manera de desarrollo de filtros y
acopladores, estas incluyen steps (cambios de anchura), líneas terminadas en
abierto, codos, huecos (ausencia de contacto directo por metal en la línea en un
pequeño tramo), y uniones en cruz. En función de ello podemos obtener distintos
comportamientos equivalentes eléctricos para el diseño del filtro.
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DISEÑO Y SIMULACIÓN
El filtro se confecciono con la herramienta FilterDesignerWizard del Asonft Designer SV .
Datos importantes relacionados al sustrato y al material conductor:
Constante Dieléctrica: ∈r= 3.3
• Tangente de perdidas: 0.0013
• Espesor del sustrato: 0.5 mm
• Espesor conductor: 35 µm
Características proyectadas del filtro:
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Layout (con el diseño, a continuación del filtro del circuito que usaremos para el amplificar)
Reportes generados en la simulación del filtro:
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PROCESO DE MEDICION
Normalización con Thru.
Se reemplaza el cuadripolo por una línea pasante.
MEDICION DE LAS PERDIDAS DE INCERSION
Medición con el tracking de transmisión corregido:
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Placa RO3003 luego de producir el diseño
Circuito con los componentes soldados:
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Frecuencia
central:
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Banda de atenuacion
superior:
Banda de atenuacion
inferior:
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Filtro sin usar el amplificador (-45,76 dBm)
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Filtro con el amplificador actuando (-26,99 dBm)
RESULTADOS DE LAS MEDICIONES:
AE Agilent N9320A
Fuente DC en 9,8V
Tracking generator: se calibro para que entregue -20dBm lo cual se comprobó realizando un Thru.
La frecuencial central esta corrida, se sitúa en 2.538 GHz en lugar de 2,44 GHz para lo que fue diseñado.
Medición de Ancho de Banda de 3dB:
En 2,538 GHz, tenemos -26 dBm
Fci = 2,45 GHz
Fcs = 2,59 GHz
BW = 140 MHz
Banda de atenuación inferior: -63dBm
Banda de atenuación superior: -60dBm
CAUSAS DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LA SIMULACION Y LA REALIDAD DE LO QUE MEDIMOS:
- La soldadura es deficiente
- Las pistas no quedaron completas sino que tuve que unir algunas con estaño
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- El método de desarrollo de la placa fue con el método casero con plancha y no tiene una precisión
tan buena.
- La Rbias utilizada fue de 180 ohm en lugar de alguna de las especificadas en la tabla del del
amplificador ERA3+ (esto fue debido a que no consegui una resistencia SMD de las indicadas en la
tabla de la hoja de datos)
CONCLUSIONES:
Se verificaron menores perdidas en los alrededores de la banda de paso del filtro (37dB más que en
la banda de atenuación) pero lamentablemente se verifico que el amplificador no presenta ganancia
sino que en la banda de paso atenuó 6dB (tracking generator configurado en -20dBm)