2023/01/27 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #17

2023/01/27 softwareエンジニアがつくるtrx #17

Unfortunately this text is in Japanese only.
とうとう禁断のフィルター作成に手を染めてしまった！奥が深そうなだけに泥沼にならなければ良いが。経験豊富なＯＭ諸氏と違い、初めて作るのに闇雲にカット＆トライ＆エラーで突撃しても成功する気がしないので理論武装するべきだが。決定的に知識と経験不足の状況下において時短で攻めるには、現代の武器であるコンピュータ・シミュレーションで戦うしかなさそう。ＲＦを扱う際、使いこなせば "神アプリ" の予感しかしない [QucsStudio] を使用する。 (この時点の最新はv4.3.1)
インストール方法や簡単な [使い方の説明はこの辺] に、[できる事はこの辺] に簡潔だが載っている。解析の種類の説明があるが斜め読みしたのでイマイチ良く分かりません💦
勝手な解釈では

• ＤＣ解析 ... テスター
• ＡＣ解析 ... スペアナ
• トランジェント解析 ... オシロスコープ
• Ｓパラメータ解析 ... ベクトル・ネットワークアナライザ
• ストリップ線路解析 ... 電磁界解析

そもそもシミュレータは「理論は理解済み」「課題は明確」な人が、設計結果の煩雑な計算・調整を劇的に効率化するために使用するものと思う。欲しい結果は明確だが、このＡＰで何ができるのか？と本末転倒なワタシが使用して良いものか疑問。理論はさっぱり？？な状況を自動設計機能等で無能さを補えればと。設計できた！と錯覚するのはマズいが。

伝送路図からストリップラインを自動生成し、電磁界シミュレーション(FDTD法)でストリップ線路解析もできるみたい。伝送線路限定で立体物のモデリングは対象外みたいなので、キャビティ レゾネータなど板金モノの立体物は 「Sonnet Lite」「OpenFDTD」かなぁと思い触ってみてはいるが。
ＢＰＦのタイプは数多ある様だが、処女作は構造が単純、調整が比較的安易と思しき形式を選択。原理的には１／４λ ２ポールの共振結合と思しきもので、レピータ用デュプレクサの伝送ライン版？
作成後に発見したが、Ｉ－ＣＯＭ WEBサイトの 週刊BEACON＞エレクトロニクス工作室＞ [No.210 ストリップライン式BPF] でズバリ試作結果が掲載されていた。

○ 設計－１とシミュレーション結果
平行近接した２つの１／４λ伝送路に「Coupled microstrip line」使用、それを２つ設置し接続点をタップ位置として入出力する構成にした。基板特性はとりあえずガラエポ FR-4とし比誘電率4.5、他のパラメータもデフォルト値を使用。調整箇所が増えると指数関数的に試行数が増加するので、敢えて段間結合のＣは省略し伝送路間結合度は分布定数任せとした。挿入損失は誘電正接等から反映されるのか不明。１段にしてはスカートが急峻で適切な通過帯域でリップルもない。

○ 設計－２とシミュレーション結果
更に設計－１から平行伝送路端のGNDとのＣ結合も撤廃。Ｃ結合が下がり共振点が上がったので伝送路延長等すべてを調整。等価回路がＬＣ共振と仮定すれば f = 1 / (2π√(LC)) なのでＣ容量減少→共振点上昇は自明。

○ 設計－２の成果物(a)
設計図を元に作成した{つもりの}ＢＰＦ。恐ろしく雑！　平行でなくＶ字型に見える。分かっていたことだが、今更ながら工作技量の無さを痛感する。

○ 設計－２の成果物(a)　測定結果
ＮａｎｏＶＮＡ Ｖ２(server)での測定。測定可能周波数3GHzを超えているが💦
シミュレーション結果と比較すると、「共振点→高い」「挿入損失→大きい」「通過帯域→狭い」
シミュレーション上での試行で、ＤＣカット用のＣ省略は若干の影響がある様だが、カップラーまでの接続距離は位相特性のみに影響する模様。結果から予想するに結合度が予想より小さいと考えると結果とマッチする気がする。

○ 設計－２の成果物(b)
我ながら見るに堪えないほど雑！
共振点を下げるべく、平行路線の延長と同時にGNDとのＣ結合{のつもり}で、延長した銅テープを養生テープ経由で絶縁してGNDに貼り付け。

設計－２の成果物(b)　測定結果
共振点は調整できたが通過帯域に平坦部分がなく狭い。挿入損失は、あまり変化なし。やはり平行路線の結合度を上げる必要がありそうで、結局Ｉ－ＣＯＭに載ってる回路に近くなっちゃう。手抜きせずもう少し真面目に作成しろということかな。仕方ないのでマイクロストリップライン引くか。。。