Bộ lọc microstrip hai băng sử dụng SIR

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

bài viết "Bộ lọc microstrip hai băng sử dụng SIR" đề xuất một bộ lọc thông dải (BPF) microstrip hai băng nhỏ gọn mới sử dụng cấu trúc ghép cộng hưởng trở kháng bậc (SIR) ở mặt phẳng phía trên và cấu trúc khuyết mặt phẳng đất (DGS) hình chữ nhật. Chất lượng và tần số trung tâm hai dải thông của bộ lọc được kiểm soát bằng cách điều chỉnh hợp lý kích thước các SIR; kích thước và vị trí các DGS hình chữ nhật của bộ lọc. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bộ lọc microstrip hai băng sử dụng SIR

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Bộ lọc microstrip hai băng sử dụng SIR Đỗ Văn Phương∗ , Phan Văn Hưng† , Trần Nguyễn Thị Nhật Lệ∗ ∗ Trường Đại học Thông tin liên lạc; † Học viện Kỹ thuật Quân sự. Email: dvphuongntcity@gmail.com, phuongdovan@tcu.edu.vn Tóm tắt nội dung—Bài báo đề xuất một bộ lọc thông cộng hưởng trở kháng bậc vòng vuông và DGS hình dải (BPF) microstrip hai băng nhỏ gọn mới sử dụng cấu chữ L. Tuy nhiên, cũng chỉ có một dải thông của BPF trúc ghép cộng hưởng trở kháng bậc (SIR) ở mặt phẳng được kích thích bởi DGS, một dải thông khác được tạo phía trên và cấu trúc khuyết mặt phẳng đất (DGS) hình ra bởi đường truyền microstrip. Trong [10], một bộ lọc chữ nhật. Chất lượng và tần số trung tâm hai dải thông thông dải hai băng được thiết kế, chế tạo dựa trên cấu của bộ lọc được kiểm soát bằng cách điều chỉnh hợp lý kích thước các SIR; kích thước và vị trí các DGS hình chữ trúc hai mặt phẳng là mặt phẳng microstrip ở trên và nhật của bộ lọc. Kết quả mô phỏng trên phầm mềm HFSS mặt phẳng đất có các rãnh DGS xen kẽ để tạo ra hai xác định hai dải thông của bộ lọc đề xuất hoạt động tại tần số trung tâm 2,44GHz và 3,28GHz với dải chặn lên tần số 2,6GHz và 3,9GHz phù hợp với lý thuyết thiết kế. đến -30dB trong khoảng từ 3,7GHZ đến 9GHz. Trong [11] và [12], nhóm tác giả đã nghiên cứu, thiết kế bộ lọc thông dải hai băng microstrip có các lỗ thông kết Từ khóa: Bộ lọc thông dải (BPF), bộ lọc microstrip nối mạch cộng hưởng ở mặt phẳng trên với mặt phẳng hai băng, cộng hưởng trở kháng bậc (SIR), bộ lọc đất để có thuộc tính hai băng. Bộ lọc sử dụng cấu trúc microstrip hai băng sử dụng SIR. DGS hình quả tạ đã cải thiện đáng kể giá trị tổn hao chèn và tổn hao phản xạ. Tuy nhiên, cấu trúc của các I. GIỚI THIỆU mạch cộng hưởng và cấu trúc các DGS khá phức tạp. Bài báo này đề xuất một bộ lọc thông dải microstrip Bộ lọc siêu cao tần đóng một vai trò quan trọng trong hai băng mới đơn giản, nhỏ gọn sử dụng cấu trúc SIR sự phát triển của các hệ thống viễn thông không dây và gấp và cấu trúc khuyết mặt phẳng đất hình chữ nhật được coi là một phần không thể thiếu của hệ thống đầu như thể hiện trong Hình 1. Bằng cách điều chỉnh hợp cuối RF [1], [2] và [3]. Chính vì vậy, nghiên cứu, phát lý kích thước các SIR gấp, kích thước và vị trí hai DGS triển các bộ lọc siêu cao tần chất lượng cao đáp ứng hình chữ nhật có thể kiểm soát được tần số trung tâm, yêu cầu của các hệ thống vô tuyến đa băng, đa dịch vụ các tham số tổn hao của 2 băng và giảm thiểu kích đã thu hút nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu và thước của bộ lọc. Kết quả mô phỏng xác định bộ lọc đề thực hiện [3], [4] và [5]. Một trong những phương pháp xuất hoạt động tại tần số 2,6GHz và 3,9GHz phù hợp được sử dụng rộng rãi hiện nay là thiết kế DGS trong ứng dụng cho WLAN và di động 5G [13]. Các giá trị các bộ lọc thông dải hoặc thông thấp để cải thiện chất tổn hao chèn/tổn hao phản xạ của 2 băng tương ứng là lượng chọn lọc tần số. Trong [6], một bộ lọc thông dải -0,1dB/-21,8dB và -0,1dB/-23,7dB thỏa mãn lý thuyết công tác tại tần số 2,4GHz được nghiên cứu, chế tạo dựa thiết kế. trên cấu trúc hai lớp. Kích thước của DGS có thể thay đổi để kiểm soát tần số công tác của bộ lọc. Trong [7], II. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC HAI BĂNG bằng cách điều chỉnh phù hợp vị trí và kích thước của Hình 1 thể hiện cấu trúc bộ lọc thông dải microstrip DGS quả tạ trong mặt phẳng đất của mạch cộng hưởng hai băng được thiết kế. Bộ lọc hoạt động tại hai dải thông ghép song song làm tăng phẩm chất của bộ lọc đề xuất. có tần số trung tâm lần lượt là 2,6GHz và 3,9GHz. Cấu Trong [8], một bộ lọc thông dải hai băng sử dụng DGS trúc bộ lọc gồm hai mạch cộng hưởng SIR uốn gấp khúc hình chữ I được thiết kế, trong đó DGS chỉ có thể thay để giảm thiểu kích thước tổng thể (Hình 1a), kết hợp đổi tần số băng thứ hai. Trong [9], một bộ lọc hai băng với hai DGS hình chữ nhật như thể hiện trong Hình 1b. cũng được thiết kế, chế tạo bằng cách sử dụng mạch Trong đó, mạch SIR gấp khúc hở mạch đầu cuối được ISBN 978-604-80-7468-5 256
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) + Tỷ lệ trở kháng, Z1 k= , (1) Z2 + Tỉ lệ chiều dài điện, θ1 α= , (2) θ1 + θ2 + Trở kháng vào của SIR nhận được là: Z2 tanθ1 tanθ2 − Z1 Yin = j , (3) Z1 (Z1 tanθ1 + Z2 tanθ2 ) trong đó Z1 , θ1 và Z2 , θ2 là trở kháng đặc tính và độ dài điện tương ứng của SIR cơ bản. Từ đó, xác định hai tần số cộng hưởng của SIR có thể được điều khiển bằng cách thay đổi giá trị k và α trong (1) và (2). Trên cơ sở đó, sử dụng phần mềm HFSS 15.0 thiết kế một cấu trúc SIR cơ bản thỏa mãn các công thức (1), (2) và (3) để nhận được hai băng tần mong muốn. Hình 1. Hình ảnh bộ lọc thông dải 2 băng đề xuất. (a) Bộ cộng hưởng SIR ghép. (b) DGS hình chữ nhật. B. Thiết kế bộ lọc thông dải 2 băng sử dụng SIR Một BPF microstrip hai băng cấu trúc đơn giản được thiết kế bằng cách ghép hai SIR với nhau và thực hiện gấp khúc để giảm thiểu kích thước và triệt nhiễu của bộ lọc. Trong đó, các phần trở kháng cao của hai SIR được thiết kế gấp khúc và kết nối kiểu dây rẽ với 2 đoạn mạch dải trở kháng 50Ω đầu vào và đầu ra như thể hiện Hình 2. Cấu trúc SIR cơ bản trong Hình 3. Để nâng cao chất lượng chọn lọc và góp phần kiểm soát các băng tần của bộ lọc đề xuất, nhóm tác giả thiết coi là mạch cộng hưởng mode kép có thể điều chỉnh kế bổ sung hai DGS hình chữ nhật vào mặt phẳng đất độc lập hai tần số cộng hưởng (f1 và f2 ) do SIR tạo ta. của bộ lọc [14] như thể hiện trong Hình 4. Thiết kế gấp các SIR làm xuất hiện hai đường tín hiệu Trong Hình 3, các đoạn mạch dải làm nhiệm vụ cấp và hai điểm truyền không được tạo ra ở hai cạnh viền nguồn đầu vào/ra được kết nối với phần trở kháng cao của mỗi dải thông làm tăng khả năng chọn lọc tần số gấp khúc kiểu dây rẽ của SIR. Do đó tín hiệu được của bộ lọc. Hai đoạn mạch dải trở kháng đặc tính 50Ω truyền vào SIR sẽ có hai đường khác nhau. Khi độ lệch được kết nối đến hai mạch SIR gấp khúc đóng vai trò pha giữa tín hiệu truyền trên hai đường khác nhau là như cổng vào và cổng ra, đồng thời cấp nguồn cho bộ 180 độ, và chiều dài phần gấp khúc của SIR tăng trên lọc. 12mm, sẽ tạo ra hai điểm truyền không trong đáp ứng S21 của bộ lọc. A. Cấu trúc SIR cơ bản Một cấu trúc bộ lọc thông dải microstrip hai băng Để tạo ra hai băng có tần số trung tâm tương ứng là sử dụng SIR kết hợp DGS hình chữ nhật nhỏ gọn được f1 và f2 , chỉ cần thiết kế một mạch cộng hưởng SIR thiết kế trên chất nền Rogers RO4350, độ dày 0,762mm cơ bản. Cấu trúc của SIR cơ bản được thể hiện trong và hằng số điện môi εr = 3,6. Kích thước tổng thể của Hình 2. Hai thông số quan trọng của SIR là tỷ lệ trở bộ lọc đề xuất là (16.8 × 13.2)mm. Các tham số kích kháng và tỷ lệ chiều dài điện: thước của bộ lọc được xác định và liệt kê trong Bảng I. ISBN 978-604-80-7468-5 257
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Bảng I KÍCH THƯỚC BỘ LỌC THÔNG DẢI HAI BĂNG ĐỀ XUẤT (mm) Tham số L1 L2 L3 L4 W1 W2 W3 Giá trị 12.4 10.6 9.7 3.0 1.5 0.5 0.5 Tham số W4 S1 S2 a b Giá trị 2.2 1.3 0.8 3.0 5.0 Hình 5. Đáp ứng tần số của bộ lọc hai băng đề xuất Kết quả mô phỏng được thể hiện ở Hình 5 cho thấy đặc tuyến tổn hao chèn S11 và tổn hao phản xạ S21 của bộ lọc có xuất hiện 4 điểm truyền không đã cải thiện đáng kể độ dốc cạnh của mỗi băng thông, nâng cao chất Hình 3. Cấu trúc bộ lọc thông dải hai băng sử dụng SIR lượng chọn lọc tần số. 4 điểm truyền không được tạo ra tại các tần số với mức suy hao tương ứng là 2.05GHz/- C. Kết quả mô phỏng bộ lọc hai băng 53dB, 3.2GHz/-44dB, 4.3GHz/-42dB và 6.57GHz/64dB. Sử dụng phần mềm HFSS 15.0 để tối ưu hóa tham số Tần số trung tâm băng tần thứ nhất và băng tần thứ hai cấu trúc bộ lọc thông dải microstrip hai băng đã được của bộ lọc là 2.6GHz và 3.9GHz. Dải chặn dưới và dải thiết kế. Hai băng của bộ lọc tạo ra có thể kiểm soát chặn trên của bộ lọc rất rộng với giá trị loại bỏ nhiễu bằng cách điều chỉnh kích thước của các SIR, điều chỉnh lớn hơn 22dB, như thể hiện trên Hình 5 đã minh chứng vị trí và kích thước của hai DGS hình chữ nhật. cho phương pháp thiết kế và cấu trúc bộ lọc đề xuất. Kết quả này của bộ lọc đề xuất có thể đáp ứng yêu cầu của hệ thống không dây hiện đại và đạt được mục tiêu thiết kế. Hai băng tần công tác có tần số trung tâm f1 và f2 của bộ lọc trong thiết kế này có thể được kiểm soát khi thay đổi kích thước L1 , L4 . Hình 6 cho thấy khi điều chỉnh kích thước L1 thì tần số trung tâm, độ rộng băng thông và tổn hao chèn của hai băng thay đổi. Trong khi đó, điều chỉnh kích thước L4 thì đặc tuyến S11 và S21 của bộ lọc đề xuất cũng được kiểm soát như minh họa trên Hình 7 và Hình 8. Như vậy, một cấu trúc bộ lọc microstrip hai băng nhỏ gọn sử dụng SIR kết hợp DGS được thiết kế và đề xuất. Bằng cách điều chỉnh kích thước các SIR, vị trí, kích thước các DGS có thể kiểm soát được tần số trung tâm, độ rộng băng thông và chất lượng chọn lọc tần số của bộ lọc. Một bản mẫu bộ lọc microstrip hai băng hoàn Hình 4. Cấu trúc DGS hình chữ nhật chỉnh được thiết kế như thể hiện trên Hình 9. ISBN 978-604-80-7468-5 258
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Hình 6. Mô phỏng S11 , S21 khi thay đổi kích thước L1 Hình 8. Mô phỏng S11 khi thay đổi kích thước L4 Hình 7. Mô phỏng S21 khi thay đổi kích thước L4 Hình 9. Bản thiết kế bộ lọc thông dải hai băng được đề xuất. III. KẾT LUẬN Bài báo trình bày một bộ lọc thông dải hai băng mới sử dụng hai cấu trúc phẳng gồm cấu trúc SIR ghép ở TÀI LIỆU mặt trên và cấu trúc khuyết đất hình chữ nhật trong mặt [1] S. Sedighi Maragheh, M. Dousti, M. Dolatshahi, and B. Gha- phẳng đất. Thực hiện điều chỉnh kích thước các SIR lamkari, "A dualmode tunable bandpass filter for GSM, UMTS, ghép, điều chỉnh vị trí và kích thước của hai DGS có WiFi, and WiMAX standards applications," International Journal of Circuit Theory and Applications, vol. 47, pp. 561-571, 2019. thể kiểm soát được hai băng thông; các tham số tổn hao [2] C. Tan, Z. Yu, and C. Xie, "An L-Band Bandpass Filter with chèn/tổn hao phản xạ của băng thứ nhất và băng thứ Narrow Bandwidth and Miniature Based on LTCC Technology," hai tương ứng là -0,1dB/-23,1dB và -0,1dB/-23,9dB. Từ Progress In Electromagnetics Research M, vol. 87, 2019. [3] W. Huang, L. Li, L. Li, Y. Ren, and Y. Ma, "A compact coplanar kết quả này, bộ lọc được đề xuất có thể đáp ứng yêu waveguide dual-band bandpass filters based on defected ground cầu để ứng dụng trong các hệ thống không dây hiện nay. structures," IEICE Electronics Express, p. 18.20210053, 2021. ISBN 978-604-80-7468-5 259
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) [4] L. Wang, C. Zhao, C. Li, and X. Lin, "Dual-band bandpass filter using stub loaded resonators with multiple transmission zeros," in Antennas Propagation and EM Theory (ISAPE), 2010 9th International Symposium on, 2010, pp. 1208-1211. [5] A. Sami and M. Rahman, "A very compact quintuple band bandpass filter using multimode stub loaded resonator," Progress In Electromagnetics Research C, vol. 93, pp. 211-222, 2019. [6] M. Khan, M. Zakariya, M. Saad, Z. Baharudin, M. U. Rehman, and P. W. Wong, "Tuning of end-coupled line bandpass filter for 2.4 GHz using defected ground structure (DGS) parameters," in Business Engineering and Industrial Applications Colloquium (BEIAC), 2013 IEEE, 2013, pp. 131-134. [7] S. K. Parui and S. Das, "A new defected ground structure for dif- ferent microstrip circuit applications," RADIOENGINEERING- PRAGUE-, vol. 16, p. 16, 2007. [8] K. M. Ho, H. K. Pang, and K. W. Tam, "Dualband bandpass filter using defected ground structure," Microw. optical technol. lett., vol. 48, pp. 2259-2261, 2006. [9] W. N. Chen, W. K. Chia, C. F. Yang, and C. L. Shih, "Design of dualband bandpass filter using stepped impedance resonator and defected ground structure," Microw. Optical Technol. Lett., vol. 49, pp. 3099-3103, 2007. [10] L. Ren and H. Huang, "Dual-band bandpass filter based on dual- plane microstrip/interdigital DGS slot structure," Electron. Lett., vol. 45, pp. 1077-1079, 2009. [11] F. Xu, Z. Wang, M. Xiao, J. Duan, J. Cui, Z. Zhu, et al., "A com- pact dual-band band-pass filter with wide stop-band using two resonators combined by via-hole," Progress In Electromagnetics Research C, vol. 41, pp. 81-95, 2013. [12] A. Kumar and M. Kartikeyan, "Design and realization of mi- crostrip filters with new defected ground structure (DGS)," Engineering Science and Technology, an International Journal, 2016. [13] Bộ TT truyền thông "Dự thảo thông tin quy hoạch băng tần (3,6-4,2)GHz cho TT di động 5G" 2020. [14] H. W. Liu, Z. F. Li, X. W. Sun, and J. F. Mao, "An improved 1D periodic defected ground structure for microstrip line," IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 14, pp. 180-182, 2004. ISBN 978-604-80-7468-5 260