بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله، یک فیلتر میانگذر مایکرواستریپ دو باندی با فرکانسهای مرکزی 3/5 GHz و 5/5 GHz برای کاربردهای مخابراتی
وایمکس و مخابرات بیسیم طراحی شدهاست. فیلتر پیشنهادی شامل یک حلقه تشدید مستطیلی و یک تشدیدگر پلهای همراه با خطوط انتقال باریک خم شده انتها باز میباشد، این خطوط انتقال باریک با خطوط درگاههای ورودی و خروجی به صورت تزویج هستند. فیلتر پیشنهادی دارای تقارن طولی میباشد. این فیلتر دارای باند فرکانس 900 MHz در فرکانس مرکزی 3/5 GHz و دارای باند فرکانسی 800 MHz در فرکانس مرکزی 5/5GHz میباشد. مقدار تلفات عبوری درباند اول 0/04 dB و در باند دوم در حدود 0/3 dB است. همچنین مقدار تلفات بازگشتی در باند عبور اول در حدود -40 dB و در باند عبور دوم در حدود -25 dB میباشد. وجود دو صفر انتقال در بین دو باند عبور و یک صفر انتقال بعد
از باند عبور دوم، منجر به دامنهی تیز در لبهی باند عبور پاسخ فرکانسی میشود و این یک مزیت میباشد. وجود تشدیدگر پلهای بر روی باند فرکانسی اول تأثیر گذار میباشد و حلقهی تشدید مستطیلی بیشترین تأثیر را در باند فرکانسی دوم دارد. فیلتر پیشنهادی دارای سایز کوچک 13/75 *12 mm2 میباشد.
کلید واژه- تلفات بازگشتی، تلفات عبوری، رزوناتور حلقه ای مستطیلی، رزوناتور پله ای، جریان سطحی.
دیگر، تشدیدگرهای حلقه بسته [3]، میباشد. وجود تلفات
-1 مقدمه ورودی زیاد در باندهای عبور از معایب این فیلتر میباشد.
فیلترمیانگذر باند باریک به طور گستردهای در سیستمهای انعطافپذیری طرح فیلتر ازجمله نیازها برای طراحی است،
بنابراین ترکیب دو تشدیدگر پلهای و حلقهای 4]و[5، نوع دیگری
مخابراتی بیسیم استفاده میشود. بنابراین به وسعت زیاد و در
از تشدیدکنندهها میباشد. عیب فیلتر پیشنهادی در اینجا سایز
طرح های مختلف طراحی می شوند. در این میان توجه به
بسیار بزرگ آن میباشد. یک فیلتر میانگذر مایکرواستریپ دو
فیلترهایی با سایز کم، قیمت ارزان، تلفات ورودی کم و تلفات
باندی براساس ساختار تشدیدگرهای کوپل شده در مرجع [6]
بازگشتی بالا از اهمیت ویژه ای بر خوردار است.
ارائه شده است، از معایب این فیلتر می توان به تیزی کم پاسخ
برای طراحی فیلتر میانگذر دو بانده می توان از تشدیدگر
در لبه های باند عبور اشاره کرد.
های مختلف استفاده کرد عبارتند از: در مرجع [1] از تشدیدگر
در این مقاله طراحی یک فیلتر میانگذر مایکرواستریپ دو
حلقه باز استفاده شدهاست، که اندازهی بزرگ این فیلتر از معایب
باندی برای کاربردهای وایمکس و مخابرات بیسیم با استفاده از
عمده آن میباشد. در مرجع [2]، از تشدیدگر پلهای استفاده
ساختار جدیدی از تشدیدکننده های مسطح گزارش شده است. از
شدهاست، که در اینجا دو فرکانس تشدید با استفاده از نسبت
مشخصههای این فیلتر میتوان به سایز بسیار کوچک، تلفات
امپدانس و طول الکتریکی دو قسمت قابل کنترل است. نوع
پایین، پاسخ تیز اشاره کرد.
لحغت زذتل خغ1سکطغکطکسغپه
شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص
-2 مراحل طراحی فیلتر میانگذر دو بانده
مکانیزم طراحی فیلتر به این صورت میباشد که ابتدا طرح از یک حلقه تشدید بستهی مستطیلی و یک تشدیدگر پلهای مطابق شکل 1 تشکیل شده است. به گونهای که خطوط درگاه های ورودی و خروجی با خطوط انتقال تشدیدگر پلهای، موازی وتزویج شدهاست. پاسخ فرکانسی فیلتر تنها دارای یک باند عبور مطابق شکل 2 است که دارای فرکانس مرکزی 4/6 GHz میباشد. در تمام مراحل طراحی فیلتر از نرم افزار شبیه ساز ADS استفاده شده است.
شکل :1 طرح اولیه فیلتر پیشنهادی
شکل :2 نتایج شبیهسازی پاسخ فرکانسی طرح اولیه فیلتر پیشنهادی.
در مرحلهی بعد طراحی فیلتر برای تبدیل پاسخ فرکانسی از یک باند به دو باند، خطهای انتقال خم انتها باز به تشدیدگر پلهای مطابق شکل 3 اضافه میکنیم. این امر موجب پیدایش دو باند عبور مطابق شکل 4 در فرکانس 3/5 GHz و 6 GHz میشود.
شکل :3 طرح اولیه فیلتر پیشنهادی بعد از اضافه کردن خط انتقال خـم انتهـا باز به تشدیدگر پلهای
شکل :4 نتایج شبیهسازی پاسخ فرکانسی.
همانطورکه مشاهده میشود سطح تضعیف در باند قطع بین دو باند عبور مناسب نیست و همچنین تیز نبودن پاسخ در لبههای باند عبور اشاره کرد. برای رفع این عیب دو خط انتقال باریک انتها باز به تشدیدگر حلقه بستهی مستطیلی مطابق شکل 5 اضافه شده است، به گونهای که با درگاههای ورودی و خروجی موازی است. نتایج شبیهسازی پاسخ فرکانسی به صورت شکل 6 میباشد. اضافه کردن این خطوط انتقال انتها باز موجب افزایش پهنای باند عبور، تلفات بازگشتی زیاد در باند عبور و بهبود سطح تضعیف در باند قطع بین دو باند عبور میشود . با اضافه کردن این خطوط انتقال باریک فرکانسهای مرکزی باند عبور اول و دوم بر روی 3/5 GHz و 5/5 GHz گیگاهرتز تنظیم میشوند.
زذتل خغ1سکطغکطکسغپه
هحغت شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص
شکل :5 طرح اولیه فیلتر پیشنهادی بعد از اضافه کردن خط انتقال انتها باز به تشدیدگر حلقه بسته
شکل :8 نتایج نهایی شبیهسازی پاسخ فرکانسی.
مقدار تلفات عبوری در باند اول و دوم به ترتیب برابر با dB 0/04 و 0/3 dB و همچنین مقدار تلفات بازگشتی به ترتیب dB -40 و -25 dB میباشند.
زیر لایهای که برای طراحی این فیلتر مورد استفاده قرار گرفته RT/Duorid 5880 با ثابت دیالکتریک 2/2، تانژانت تلفات 0/0009 ، و ضخامت 31 mil می باشد. ابعاد فیلتر پیشنهادی با توجه به شکل 9 عبارت است از: (تمامی ابعاد بر حسب میلیمتر میباشند. )
شکل :6 نتایج شبیهسازی پاسخ فرکانسی.
برای بهبود سطح میزان تلفات از دو خط انتها باز در هر دو تشدیدگر استفاده شدهاست، مطابق شکل 7 که باعث بهبود پاسخ فرکانسی میشود. نتایج شبیه سازی فیلتر نهایی در شکل 8 آمده است. فرکانسهای مرکزی فیلتر در 3/5 GHz و5/5 GHz میباشد که برای دو کاربرد سیستمهای وایمکس و بیسیم مناسب می باشد.
W1= 2 .4, W2= 2, W3= 4 .6, W4= 0 .4, W5= 0.4, W6= 0.3, W7= 0.3 , W8= 0 .5, W9= 0 .85 , W10= 1 .5, W11= 2, L1= 3, L2= 6.8, L3= 3. 4, L4= 8. 7, L5= 2, L6= 2.3 , L7= 3, L8=3.5, L9= 10.8, g1= 0.3, g2=0. 2, g3=1, g4= 0 .35, g5=
0.55, g6= 0.45.
شکل :9 ساختار فیلتر پیشنهادی.
-1-2 تغییر بعضی از ابعاد فیلتر و تاثیر آن بر روی
فرکانس و پهنای باند عبور
شکل :7 طرح کلی فیلتر پیشنهادی.
با تغییر برخی پارامترهای فیلتر میتوان تأثیر آن را بر تغییر فرکانس مرکزی و پارامترهای S بررسی کرد. پهنای W7 بر
زذتل خغ1سکطغکطکسغپه
محغت شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص
روی باند عبور دوم تأثیر میگذارد. همانطور که در شکل 10 نشان داده شدهاست، با افزایش W7 از ./3 mm به ./7 mm ، پهنای باند دوم کاهش مییابد و فرکانس مرکزی این باند از 5/5 GHz به 5/7 GHz تغییر پیدا میکند. در واقع رزوناتور حلقه بسته تأثیر بیشتری بر روی باند فرکانسی دوم دارد.
شکل :10 تاثیر افزایش W7 و تاثیر آن بر باند عبور دوم.
