بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به بررسی و شبیه سازی یک فیلتر میان گذر دو مودی با ساختار موجبر مجتمع شده در زیرلایه که تنها از یک حفره و به کمک ایجاد یک شکاف در گوشه آن جهت تحریک دو مود TE201 و TE102 تشکیل شده، می پردازد. منبع و بار با کمی جابه جایی از مرکز حفره با یکدیگر تزویج می شوند. این فیلتر دارای دو صفر انتقال در دو طرف باند عبور می باشد که به راحتی کنترل و باعث انتخاب پذیری بالای فیلتر می شوند. این فیلتر در فرکانس مرکزی 10 گیگاهرتز از مرتبه دو و با تحریک دو مود در باند ایکس بررسی و شبیه سازی می شود.
.1 مقدمه
تحقق و توسعه سریع سیستم های بی سیم و مخابراتی نیازمند تکنولوژی هایی می باشد که با هزینه پایین، قابلیت تولید انبوه را داشته باشند. جهت ساخت عناصر غیر فعال، موجبر های مستطیلی به دلیل تلفات کم، ضریب کیفیت بالا و توانایی انتقال توان های بالا نسبت به سایر موجبر ها و خطوط انتقال دارای مزیت هستند. اما قابلیت مجتمع شدن با عناصر فعال که به صورت تراشه روی سطح مدار چاپی قرار می گیرند را ندارند. بدین منظور اولین تلاش جهت تحقق موجبرهای کم تلف با قابلیت تحقق در زیر لایه در سال 1994 توسط فورویاما صورت گرفت. که در کنار داشتن مشخصات خوب موجبر های مستطیلی، مزایای تلفات پایین، ضریب کیفیت بالا و همچنین قابلیت مجتمع شدن با عناصر فعال را نیز دارند.
تاکنون ساختارهای فراوانی با استفاده از تکنولوژی موجبرهای مجتمع شده در زیرلایه طراحی و ساخته شده اند که در این میان می توان به عناصری چون انواع گوناگون تقسیم کننده های توان، دوپلکسرها، کوپلرها، شبکه تغذیه آرایه های آنتن و فیلتر ها اشاره کرد. در سیستم های مخابراتی برای داشتن تلفات پایین در مسیر ارسال و دریافت سیگنال به خصوص در فرکانس های مایکروویو از فیلتر های موجبری استفاده می شود. یکی از راه ها برای افزایش قابلیت انتخاب پذیری فیلتر، ایجاد صفر های انتقال در دو طرف باند گذر فیلتر است
فیلتر های دو مودی مایکروویو با عملکرد بالا و سایز فشرده تر به طور گسترده استفاده و در سیستم های ارتباطی مختلف توسط موجبر های مجتمع شده در زیرلایه اجرا می شوند .[2] این فیلتر ها می توانند با استفاده از برد های مدار چاپی - PCB - و تکنولوژی چند لایه ساخته شوند
.2 ساختار SIW و پارامتر های طراحی
ساختار SIW از دو ردیف وایای فلزی که به صورت متناوب درون عایق زیرلایه تعبیه می شود، محقق می گردد. این فیلتر ها می توانند توسط انواع خطوط انتقال مانند خطوط مایکرواستریپ [4] ، خطوط موجبرهای مسطح [5] - CPW - و موجبر های مستطیلی [6] طراحی شوند.
سایز حفره SIW از فرکانس رزونانس متناظر آن بدست می آید. فرکانس رزونانس مود های - TEm0n - انحطاط از یک فیلتر دو مودی SIW از رابطه زیر محاسبه می شود
که در این رابطه m و n شماره مود ها، r ثابت نفوذ پذیری دی الکتریک، C0 سرعت نور در فضای آزاد، d قطر استوانه های فلزی، p فاصله بین مرکز استوانه های فلزی با یکدیگر، Leff و Weff به ترتیب طول و عرض موثر حفره مستطیلی، L و W به ترتیب طول و عرض حفره مستطیلی هستند. برای یک حفره مربعی مودهای TE102 و TE201 در یک فرکانس مشابه رزونانس می کنند.
.3 شبیه سازی
شکل 1 قسمت های مختلف از فیلتر میان گذر دو مودی شبیه سازی شده را نشان می دهد. ورودی و خروجی خط تغذیه مایکرواستریپ مرتب شده در یک خط باریک هستند و از خطوط موجبر مسطح - CPW - به عنوان انتقال مایکرواستریپ در این فیلتر استفاده می شود. زمانی که خط شکاف دار در گوشه حفره SIW ایجاد می کنیم، باعث ایجاد یک اغتشاش و به دنبال آن تحریک دو مود با فرکانس های متفاوت می شود. همچنین می توانیم با تغییر در پهنا و طول این شکاف خطی پهنای باند عبور و موقعیت صفر های انتقال را به راحتی کنترل کنیم.
این ساختار یک فیلتر میان گذر دو مودی با دو صفر انتقال از طریق ایجاد یک شکاف خطی در کنار حفره مربعی را برای ما ایجاد می کند. فیلتر مورد نظر در باند ایکس پاسخ باند عبور خود را نشان می دهد. در نهایت توسط الگوریتم ژنتیک به پارامتر های بهینه شده می رسیم که در جدول 1 نشان داده شده است.
شکل - 1 ساختار فیلتر میان گذر دوال مود
جدول -1 پارامترهای فیلتر میانگذر دو مودی SIW
شکل 2 نتایج شبیه سازی شده از پاسخ فرکانسی فیلتر میان گذر مورد نظر در باند ایکس را نمایش می دهد. همانطور که مشخص است فیلتر مورد نظر از مرتبه دو می باشد و با ایجاد دو صفر انتقال در دو طرف باند عبور قابلیت انتخاب پذیری فیلتر افزایش پیدا می کند. همچنین با ایجاد یک شکاف خطی در گوشه حفره SIW اغتشاش بوجود آمده و دو مود TE102 و TE201 در این حفره تحریک میشود که باعث کوچک شدن سایز فیلتر نیز می شود
