Na última sessão, projetamos e simulamos um filtro passa-baixa (LPF) para comunicações Sub-GHz (915 MHz) usando QucsStudio com capacitores e indutores ideais. Desta vez, continuaremos usando componentes reais da Murata Manufacturing para realizar uma simulação mais realista e comparar com os componentes ideais.
Seleção de componentes reais
Os capacitores e indutores disponíveis nos componentes discretos do QucsStudio são componentes ideais. Componentes reais contêm indutâncias parasitas e capacitâncias parasitas, o que altera suas características em relação aos componentes ideais.
Portanto, usaremos os parâmetros S de componentes reais fornecidos pela Murata Manufacturing para realizar uma simulação mais representativa do circuito real. Utilizamos capacitores da série GRM03 e indutores da série LQP03TG. Estes são componentes padrão amplamente utilizados, adequados para o design de dispositivos de comunicação comuns. Os parâmetros S podem ser obtidos no site da Murata.
No diagrama do QucsStudio, criaremos um filtro composto por componentes ideais e um filtro composto por componentes reais usando seus parâmetros S. Os componentes utilizados são os seguintes:
- GRM0332C15R6BA01 (5,6 pF)
- GRM0332C14R1BA01 (4,1 pF)
- GRM0334C11R5BA01 (1,5 pF)
- LQP03TG15NJ02 (15 nH)
- LQP03TG10NJ02 (10 nH)
- LQP03TG3N7B02 (3,7 nH)
Resultados iniciais da simulação
Estes são os resultados da simulação do S21. Vermelho – Componentes ideais, Azul – Componentes reais
A princípio, os componentes reais apresentam maior atenuação e parecem ter melhores características, mas ao observar mais de perto a banda passante e a banda harmônica de 2ª ordem, verifica-se uma diminuição significativa na banda passante para os componentes reais. Isso ocorre devido às perdas causadas pelos componentes reais com elementos parasitas como capacitâncias e indutâncias parasitas.
A simulação com as séries GRM03 e LQP03TG revelou uma diferença de cerca de 2 dB em relação aos resultados obtidos com os componentes ideais, o que poderia ter um impacto na performance em uma aplicação real.
Otimização dos componentes e nova simulação
Aqui, substituiremos os componentes por componentes de baixa perda, das séries GJM03 e LQP03HQ. Estes componentes são projetados para minimizar as perdas causadas por elementos parasitas. Os componentes utilizados são os seguintes:
- GJM0335C1E5R6BB01 (5,6 pF)
- GJM0335C1E4R1BB01 (4,1 pF)
- GJM0335C1E1R5BB01 (1,5 pF)
- LQP03HQ15NH02 (15 nH)
- LQP03HQ10NH02 (10 nH)
- LQP03HQ3N7B02 (3,7 nH)
Os resultados da simulação são mostrados abaixo. As características estão mais próximas dos componentes ideais.
Para reduzir a diferença de 2 dB, os componentes foram substituídos por capacitores da série GJM03 e indutores da série LQP03HQ, o que permitiu reduzir a diferença para cerca de 1 dB.
Análise e discussão
Estes resultados demonstram a importância de selecionar os componentes certos de acordo com o desempenho requerido. Usando os parâmetros S de componentes reais, foi possível revelar as diferenças de desempenho não visíveis com componentes ideais e melhorar o desempenho selecionando componentes ótimos.
Conclusão
As simulações utilizando os parâmetros S dos componentes reais no QucsStudio são muito eficazes no processo de design. Em particular, quando é necessária uma otimização precisa do desempenho, verificar trocando os tipos de componentes permite alcançar o desempenho desejado. Com este processo, é possível projetar filtros mais próximos da realidade.
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