2011年03月05日
★エクセルを使ったＬＰＦ、ＨＰＦシミレーション★

Ｔ型ＬＰＦ(λ/4)

Ｔ型ＬＰＦ(汎用)

π型ＬＰＦ(定Ｋ)

π型ＬＰＦ(λ/4)

π型ＬＰＦ(汎用)
ＬＰＦ(ローパスフィルター)系だけでも６種類
ＨＰＦ(ハイパスフィルター)系も入れると１２種類
エクセルで計算させるためにはチョッと整理しなくては・・・
まだデバッグ中ですが定数設定とＬＴｓｐｉｃｅ回路を作成をしてみました。
エクセルブックはExSpice_2011_02_28.lzhをダウンロードしてください。
無保証ですが御自由に改変などをしてご利用ください。
シミレーションソフトはＬＴｓｐｉｃｅをご準備ください。
バグなどがございましたらご連絡いただけると幸いです。
hide.oguraあnifty.com 小椋　秀晴

Ｔ型回路

π型回路

中間点で左右同じインピーダンスになるようにZa,Zb,Zkを仮想しています。

Ｔ型回路とπ型回路の２つのシートに分けました。
【使い方】はどちらも同じです。黄色のセルにパラメータを入力します。
【Fo】周波数（右側の単位はKHz,MHz,GHz）
　　　電圧【V】、電力【dBm】【W】
【R1】入力インピーダンス
【Qa】回路のＱ
　　　汎用の┳型は左右回路のうちインピーダンスが高いほうに×((1+Qa^2)/2)してZa,Q1a,Q2aを計算します。
　　　汎用のπ型は左右回路のうちインピーダンスが低いほうに÷((1+Qa^2)/2)してZa,Q1a,Q2aを計算します。
　　　定Ｋ、λ/4(Qb=1)の回路では計算に使用しません。
【R2】出力インピーダンス（定Ｋ(R1=R2)の回路では計算に使用しません）
・定Ｋ回路はZk^2=X1k*X2k=X3k*X4k、Zk=R1=R2=X1k=X2k=X3k=X4kによりFc(遮断周波数)の時3dB減衰
　と思いますので、インピーダンス整合するとしたらＬＰＦ＝０Ｈｚ、ＨＰＦ＝∞ＨＺかな？
　現実的にはＬＰＦの場合Fc/2では-0.07dB、Fc/√2では-0.5dB位ですので実用範囲のようです。
　ただしFc/√2では反射(SWR)が気になります。
・汎用はFo,R1,R2,Qaを任意に設定してインピーダンス整合計算します。（検証中・・・）
・汎用のR1=R2,Qa=1として計算してしてもλ/4型と同じ結果になると思います。
・汎用とλ/4型回路のインピーダンス変換は回路定数が左右非対称と対称の違いがあります。
　汎用（左右高低選択とQa）とλ/4型(Zb=√(R1*R2) Qb=1)の違いです。
・λ/4型回路の定数をそのまま乗除（Ｑ変化のように）しても不整合状態です。
　Qa=1つまり(1+1/Qa^2)=2にならないとλ/4型回路が成立しないようです。
・定Ｋの定数を大きく(π型は小さく)すると整合点らしきものがＦｃに近づきますが不整合です。
　Qaを大きくすると(1+1/Q^2)が1に近づくためのようです。
　こちらのページにサンプル計算があります。

【耐圧係数】Ｒ1の出口電圧をピーク電圧にする為の係数です。

【Points】シミレーションポイント数
【Start 】開始周波数　MHzはMegに変換されます。
【End　】終了周波数　MHzはMegに変換されます。
緑色のボタンを押すと緑枠内の計算とLtspice回路ファイルをＶＢＡで作成します。

動作確認①　LTspice回路ができているかどうか？
　初期状態は４つの基本回路とバッチファイルだけですが、
　たとえばＴ型回路の定ＫLPFボタンを押すと　T_LPF_145MHz_R1=50_R2=50_Q=2_2V.ascというファイルができます。
　ファイル名は周波数、入出力インピーダンス、Q、信号電圧の設定によって変わります。
　これをダブルクリックすると関連付けがしてあればLTspiceが起動します。
　さらに【Simulate_Run】をすると黒いウィンドウが現れます。
　【電圧プローブ】や【電流プローブを】使って測定ポイントを指定します。
　【Tools_Copy bitmap to Clipboard】をクリックすると、回路がクリップボードにコピーされます。
　それをエクセルシートの任意位置に【CtrlV】すると回路図が現れます。（便利なコピペ機能です。）
　同様に測定グラフもエクセルシートにコピペします。
　これでLTspice回路の確認ができましたので、あとはデバックに利用できるでしょう。

動作確認②　影像インピーダンスの計算
　これは、LTspiceだけでは検証が心配なので作ってみました。
　回路定数は目的周波数１点で計算しますが、逆算で多点測定してみました。
　ベクトルネットワークアナライザーみたいに・・・
　

減衰グラフとスミスチャート表示します。
　R2の初期値は設計インピーダンスですが任意に変更して、
　影像インピーダンスの確認ができます。・・・そのつもり
　スミスチャートに興味のある方はこちらを御覧ください。プロットツールとして使えると思います。

動作確認③　百聞は一見にしかず！
　動作確認しながら動画を作成してみました。
　YouTubeに【エクセルによるπ型回路】と　【エクセルによるＴ型回路】
　をアップしました。操作の参考にしてみてください。

動作確認④　ＬＰＦ特性確認
　減衰シミレートの場合ＳＧ＝2ＶでDecibel表示が見やすいです。
　