En la última ocasión, diseñamos y simulamos un filtro de paso bajo (LPF) para comunicación en la banda Sub-GHz (915MHz) utilizando condensadores e inductores ideales en QucsStudio. Esta vez, como continuación, realizaremos simulaciones más cercanas a la realidad utilizando componentes reales de Murata Manufacturing y compararemos los resultados con los componentes ideales.
Selección de componentes reales
Los condensadores e inductores que se pueden invocar en los componentes concentrados de QucsStudio son componentes ideales. Los componentes reales incluyen inductancias y capacidades parásitas, por lo que no tienen las mismas características que los componentes ideales.
Por lo tanto, en esta ocasión, utilizaremos los parámetros S de componentes reales proporcionados por Murata Manufacturing para realizar simulaciones más cercanas al circuito real.
Utilizamos la serie GRM03 de condensadores de chip y la serie LQP03TG de inductores de chip. Estos componentes son estándares y ampliamente utilizados, adecuados para el diseño de equipos de comunicación en general.
Los parámetros S se pueden obtener del sitio web de Murata Manufacturing.
En el diagrama de circuito de QucsStudio, creamos un filtro compuesto por componentes ideales y otro con los parámetros S de componentes reales. Utilizamos los siguientes componentes:
- GRM0332C15R6BA01 (5.6pF)
- GRM0332C14R1BA01 (4.1pF)
- GRM0334C11R5BA01 (1.5pF)
- LQP03TG15NJ02 (15nH)
- LQP03TG10NJ02 (10nH)
- LQP03TG3N7B02 (3.7nH)
Resultados de la primera simulación
Estos son los resultados de S21 de la simulación. Rojo — componentes ideales, azul — componentes reales
A primera vista, parece que los componentes reales tienen una mayor atenuación y mejores características, pero al observar detenidamente la banda de paso y la banda doble, se puede ver que la banda de paso de los componentes reales tiene una atenuación significativa. Esto se debe a la pérdida aumentada por la componente de CC, las capacidades parásitas y las inductancias parásitas de los componentes reales.
En la simulación utilizando la serie GRM03 y LQP03TG, se confirmó una desviación de aproximadamente 2dB en comparación con los resultados utilizando componentes ideales. Este es un nivel de preocupación para el impacto en el rendimiento en aplicaciones reales.
Optimización de componentes y re-simulación
A continuación, intentamos cambiar a componentes con menor pérdida, las series GJM03 y LPQHQ03. Estos componentes están diseñados para reducir las pérdidas como la componente de CC y se espera que tengan buenas características.
Utilizamos los siguientes componentes:
- GJM0335C1E5R6BB01 (5.6pF)
- GJM0335C1E4R1BB01 (4.1pF)
- GJM0335C1E1R5BB01 (1.5pF)
- LQP03HQ15NH02 (15nH)
- LQP03HQ10NH02 (10nH)
- LQP03HQ3N7B02 (3.7nH)
Los resultados de la simulación se muestran en el siguiente gráfico.
Se puede ver que las características se acercan más a los componentes ideales.
Para mejorar la desviación de 2dB, cambiamos los componentes a los condensadores de chip de la serie GJM03 y los inductores de chip de la serie LQP03HQ con menor pérdida y realizamos una re-simulación. Este cambio mejoró la desviación a aproximadamente 1dB.
Análisis y consideraciones
Este resultado demuestra la importancia de seleccionar adecuadamente el tipo de componente según el rendimiento requerido. La simulación utilizando los parámetros S de componentes reales revela las desviaciones de rendimiento que no se ven en la simulación con componentes ideales, y muestra la posibilidad de mejorar el rendimiento mediante la selección de componentes óptimos.
Conclusión
La simulación utilizando los parámetros S de componentes reales en QucsStudio es muy efectiva en el proceso de diseño. Especialmente en casos donde se requiere una optimización fina del rendimiento, cambiar y probar diferentes tipos de componentes puede lograr el rendimiento objetivo. A través de este proceso, es posible realizar un diseño de filtro más realista.
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