Lors de notre dernière séance, nous avons conçu et simulé un filtre passe-bas (LPF) pour les communications Sub-GHz (915 MHz) en utilisant QucsStudio avec des condensateurs et des inductances idéaux. Cette fois, nous allons poursuivre en utilisant des composants réels de Murata Manufacturing pour effectuer une simulation plus réaliste et comparer avec les composants idéaux.
Sélection des composants réels
Les condensateurs et les inductances accessibles dans les composants discrets de QucsStudio sont des composants idéaux. Les composants réels comportent des inductances parasites et des capacités parasites, ce qui modifie leurs caractéristiques par rapport aux composants idéaux.
Nous allons donc utiliser les paramètres S des composants réels fournis par Murata Manufacturing pour effectuer une simulation plus représentative du circuit réel. Nous avons utilisé des condensateurs de la série GRM03 et des inductances de la série LQP03TG. Ces composants sont des standards largement utilisés et conviennent à la conception de dispositifs de communication courants. Les paramètres S peuvent être obtenus sur le site web de Murata.
Dans le schéma QucsStudio, nous créerons un filtre composé de composants idéaux et un filtre composé de composants réels en utilisant leurs paramètres S. Les composants utilisés sont les suivants :
- GRM0332C15R6BA01 (5,6 pF)
- GRM0332C14R1BA01 (4,1 pF)
- GRM0334C11R5BA01 (1,5 pF)
- LQP03TG15NJ02 (15 nH)
- LQP03TG10NJ02 (10 nH)
- LQP03TG3N7B02 (3,7 nH)
Premiers résultats de simulation
Voici les résultats de simulation du S21. Rouge – Composants idéaux, Bleu – Composants réels
À première vue, les composants réels montrent une plus grande atténuation et semblent avoir de meilleures caractéristiques, mais en regardant de plus près la bande passante et la bande harmonique de 2e ordre, on constate une diminution significative de la bande passante pour les composants réels. Cela est dû aux pertes causées par les composants réels avec des éléments parasites comme des capacités et des inductances parasites.
La simulation avec les séries GRM03 et LQP03TG a révélé un écart d’environ 2 dB par rapport aux résultats obtenus avec les composants idéaux, ce qui pourrait avoir un impact sur la performance dans une application réelle.
Optimisation des composants et nouvelle simulation
Ici, nous allons remplacer les composants par des composants moins dissipatifs, les séries GJM03 et LPQHQ03. Ces composants sont conçus pour minimiser les pertes dues aux éléments parasites. Les composants utilisés sont les suivants :
- GJM0335C1E5R6BB01 (5,6 pF)
- GJM0335C1E4R1BB01 (4,1 pF)
- GJM0335C1E1R5BB01 (1,5 pF)
- LQP03HQ15NH02 (15 nH)
- LQP03HQ10NH02 (10 nH)
- LQP03HQ3N7B02 (3,7 nH)
Les résultats de simulation sont illustrés ci-dessous. Les caractéristiques se rapprochent des composants idéaux.
Pour réduire l’écart de 2 dB, les composants ont été remplacés par des condensateurs de la série GJM03 et des inductances de la série LQP03HQ, ce qui a permis de réduire l’écart à environ 1 dB.
Analyse et discussion
Ces résultats démontrent l’importance de sélectionner les bons composants en fonction des performances requises. En utilisant les paramètres S des composants réels, nous avons pu mettre en évidence les écarts de performances non visibles avec les composants idéaux et améliorer les performances en sélectionnant des composants optimaux.
Conclusion
Les simulations utilisant les paramètres S des composants réels dans QucsStudio sont très efficaces dans le processus de conception. En particulier, lorsqu’une optimisation précise des performances est requise, vérifier en changeant les types de composants permet d’atteindre les performances souhaitées. Grâce à ce processus, il devient possible de concevoir des filtres plus proches de la réalité.
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