フィルター回路について

質問

現在、2.45GHzの発振回路を使い設計しております。
発振回路（信号源）のインピーダンスと負荷側のインピーダンスが大きく異なっている場合、信号源と負荷の間にマッチング回路を入れずにフィルター回路（LPF）を入れる方法はありますでしょうか？
基板面積が小さく、困っております。宜しくお願い致します。

回答No.7

noname#47050 · ベストアンサー

まず、アンテナの入力インピーダンスを測定し、整合回路を付けて５０Ωに整合します。５０Ωにする理由は、測定器の入力インピーダンスが５０Ωであろうからです。他回答によるとアンテナの置かれる環境で変化するようですが、まずは周囲に何も無いようにして一定の環境で測定するしかないですね。整合回路をＬＰＦ型にします。これを仮に整合回路Ａとします。

次に発振器の出力インピーダンスです。先の質問への回答にもありましたが、本来は測定出来ません。そこで、新たな整合回路Ｂの出力をスペクトラムアナライザへ接続した回路を作ります。整合回路Ｂの入力側から見たインピーダンスを色々な値に調整し発振器を接続し、発振電力をスペクトラムアナライザで測定します。出力電力が最も大きくなるように整合回路Ｂを決めればＯＫです。くれぐれも過入力に注意して下さい。本来はマイクロワット程度の信号を扱う機器です。発振出力が大きいなら、整合回路Ｂとスペアナの間に減衰器を挿入して調整して下さい。

最後に全体を接続し、発振器→整合回路Ｂ→整合回路Ａ→アンテナとすれば測定通りの出力電力を得られます。整合回路は２つ入ることになりますが、ブロックごとに独立に設計出来るのでやりやすいと思います。

必要な知識としてはスミスチャートの見方、スミスチャート上でのＬＣを用いたインピーダンス整合の知識が必要です。頑張って勉強して下さい。

お礼

ありがとうございます。待ってしまいました。
整合回路Ａは既に導き出していますので　あとはＢだけです。
アンテナとの直結が一番出力が大きい様な気がしますが　早速測定してみます。

回答No.6

noname#101087

>...発振回路（信号源）のインピーダンスと負荷側のインピーダンスが大きく異なっている場合、信号源と負荷の間にマッチング回路を入れずにフィルター回路（LPF）を入れる方法はありますでしょうか？

マッチングを兼ねたフィルタ回路があります。
下記ページなどは、そのような集中定数(L,C)フィルタの設計ツールです。
(2.45GHz を通し、その高調波を減衰させるには、パーツや配線に苦労しそうですが...)

　http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Research/RF/projects/60GHz/matching/ImpMatch.html
　(Impedance Matching Network Designer)

補足

アドバイスありがとうごいます。
LPF関係のHP探しておりましたので助かりました。
現在、発振部の精度向上にTRYしております。

回答No.5

tadys

発振回路とアンテナをマッチングさせると言うことはアンテナを含めて共振回路を構成すると言うことです。
その場合、アンテナのインピーダンス（リアクタンス成分）が変化すれば発振周波数も変化します。
アンテナに誘電体や磁性体が近づけば発振周波数が変化します。
逆に発信器のインピーダンスが変化すればアンテナの共振周波数も変化するでしょう
普通は負荷の影響を少なくするために発振回路と負荷との結合は出来るだけ疎になるようにします。

パワーだけが問題の場合には発信器とアンテナを密結合にすることもあるでしょうが
周波数も問題になるのであればアンテナとの結合は疎にしたほうがいいです。
特に同じアンテナを送受信兼用にする場合は発振回路のオン／オフでアンテナの共振周波数が変化する可能性もあります。
その場合は結合を疎にするかバッファアンプを挿入する必要があります。

発振回路と負荷とのインピーダンスマッチングにこだわらないほうがいいですよ。

発振出力に高調波が多く含まれるとしたらそれは共振回路のＱが低すぎるか発振が強すぎるためでしょう。
発振回路の見直しが必要と思われます。
それから、スペアナへの入力レベルは適正でしょうか。レベルが大きすぎると本当は存在しない信号が見えることがあります。

お礼

アドバイスありがとうごいます。
現在、発振部の精度向上にTRYしております。
中々Powerが落ちず苦戦しておりますが、諦めずやってみます。
本当にありがとうございました。

回答No.4

noname#47050

出力電力を測定出来るスペクトラムアナライザやパワーメータ等はありますか？過去の質問には記載が無いようですが、何か出力電力を測定出来るものはないでしょうか？また、それらの入力インピーダンスは何Ωですか？

それとよろしければ何をしたいのか目的を教えて下さい。例えばこの一連の設計をして回路の勉強したいのか、それとも電波を発射することが目的なのでどうにかこうにかして作れればそれでよいのか等です。

インピーダンスが大きく異なっているのに、整合を無視しようなどとは考えないで下さい。出力電力がどうでもいいのであれば直結すればぁ？と言いたい。

補足

説明不足をお詫びします。2.45GHzを使ったセンサーを作ってみようと思っておりまして、低周波はかじったことがあるのですが、高周波は素人です。また、高周波に関して詳しい人が身近にいないので、本とインターネットが頼りです。
本題ですが、測定機器としてはスペアナ、ネットアナ、ホーンアンテナ、SGと結構揃っております。勿論、信号源とアンテナを直結すればいいのですが、高調波成分の除去に手間取っております。最終的にはドップラーにて処理しようと考えておりますので出力も高いところです。基板面積も少ないので、何かいいアドバイスがあるかと思い質問させて頂きました。
しかしながら、みなさんマッチングが大切だと仰っておりますので、基板面積を広げるか、集中定数にて進めるか再度練ってみます。
何かいいアドバイスあれば宜しくお願い致します。

回答No.3

tadys

マッチング回路とＬＰＦは兼用することが可能です。

2.45GHzと周波数が高いのでシミュレーションソフトの助けを借りないと設計は難しいでしょう。

お礼

ありがとうございます。評価版しかもっておりません(T_T)

回答No.2

foobar

インピーダンスマッチングを同時に行うフィルタの構成は有り得たように思います。
ただ、Qの選定に自由度が少なかったような。

補足

ありがとうございます。どこぞのHPかご存知ですか？

回答No.1

ymmasayan

実装のご苦労は別として、
マッチングがとれていないとフィルター自身が正常な特性を発揮してくれません。
アンマッチが許容レベルかどうかはスペアナで確認されるといいと思います。

補足

そうですか・・・ありがとうございます。
やはり、マッチングが大切ですよね。。