بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله با ارائه دو فیلتر میانگذر دوبانده مسطح جدید ، که هرکدام با استفاده از یک نوع خطوط تغذیه مخصوص به خود و با بهرهگیری از فناوریهای صفحهای از نوع ریزنوار طراحی شدهاند. فیلتر دوبانده اول با استفاده از رزوناتورهای فشرده پرپیچوخم حلقه باز و با بهرهگیری از خطوط تغذیه دارای استابهای باز بارگذاریشده، پیادهسازی شده است. عامل ایجاد صفرهای انتقال در نزدیکی هرکدام از باندهای عبور این فیلتر، وجود کوپلینگ منبع/بار در ساختار تغذیه بوده و همینطور بواسطه استاب های بارگذاری شده خطوط تغذیه، میباشد.
رزوناتورهای بزرگتر تغذیه شونده از استابهای باز، بطور مستقل باند عبور پائینتر و جفت رزوناتورهای کوچکتر که بطور مغناطیسی کوپلشدهاند، باند عبور بالاتر را کنترل میکنند. فیلتر دوبانده دوم با استفاده از خطوط تغذیه صفردرجه و با ترکیبی از دو نوع رزوناتور طراحی گردیده که رزوناتورهای اصلی و بزرگتر با تغذیه قطری و مشابه ساختارهای امپدانس-پلهای بوده و باند عبور اول را ایجاد می کند.
رزوناتورهای کوچک تر نیز بصورت مارپیچی دوگانه و با تزویج درونی که در درون ساختار رزوناتورهای اصلی جاسازی شده و باند عبور بالاتر را میسازند. هر چهار رزوناتور با همدیگر تزویج متقابل دارند که باعث حذف هرگونه هارمونیک و نیز تولید صفرهای انتقال اضافی درطرفین باند عبور میشود. هر دو فیلتر با هدف فشردهسازی، افزایش بهره و کاهش تلفات، جهت استفاده درکاربردهای ارتباطات بیسیم شبیهسازی شدهاند. نتایج تجربی بدست آمده، صحت نتایج طراحی را تأیید میکند.
.1 مقدمه
در سالیان اخیر فیلترهای میانگذر دوبانده و چندبانده با کارآیی بالا، به یکی از اجزای ضروری در طراحی گیرنده و فرستندهها در سیستمهای ارتباطات بیسیم تبدیل شدهاند. تا کنون جهت برآورده نمودن این نیاز رویکردهای مختلفی برای طراحی ارائه شده است .[1] بسیاری از این رویکردها بر پایه استفاده از رزوناتورهای امپدانسپلهای در طراحی فیلترهای دوبانده میباشد
خروجی کارهای انجام شده تا امروز با هدف کارآیی بهتر فیلترها در فرکانسهای استانداردچندگانه خصوصاً شبکه های محلی بی سیم - WLAN - همینطور سیستمهای جهانی ارتباطات سیار - GSM - میباشد. بعنوان مثال نسل جدیدی از استانداردهای شبکههای محلی بی سیم ازجمله IEEE 802.11b/g را میتوان نام برد که در فرکانس 2.4 GHz کار می کنند. همانطور که در [3] و[7] و[8] اشاره شده، GSM و نسل پهن باند آن WCDMA در دو باند عبور 0.9 GHz و 1.8 GHz کار میکنند
اخیراً طراحیهای گستردهای با هدف کوچکسازی، بر روی فیلترهای دوبانده با فشردگی بالا انجام شده که البته در بسیاری از آنها از رزوناتورهایامپدانسپلهای - - SIR استفاده شده است. در سیستمهای مبتنی بر استانداردهای مدرن WLAN اجتناب از معایبی همچون تلفات بالا و گزینش ضعیف و بزرگی اندازه کلی فیلتر ضروری تر استبنا. براین کاهش اندازه و فشرده سازی ابعاد فیلترها خصوصاً رزوناتورها اهمیت زیادی در طراحی فیلترهای مسطح جدید دارد. برخی از طراحیهای اخیر دارای گزینش بسیار بهتری هستند که بدلیل استفاده از ساختارهایتغذیهصفردرجه میباشد
برای اولین بار در [2]، نشان داده شد که چگونه میتوان شیب دامنه باندهای عبور بهبود را بهبود داد. هنگامیکه تقارنقطری بواسطه ساختار تغذیه صفر درجه ایجاد شود دو عدد صفر انتقال در نزدیکی باندهای عبور تولید میشود. در [3] تقارنقطری برای روناتورهای اصلی نوعسنجاقکی بکار رفته اما زیر-رزوناتورهایی که درون ساختار اصلی جاسازی شدهاند بصورت تقارنآینهای تغذیه میشوند؛ که این ترکیب ساختار تغذیه-دوگانه نام دارد. اگرچه پاسخ فرکانسی ارائه شده فاقد ایزولاسیون مناسب دربین باندهای عبور است.
در [4] نشان داده شده که ساختار تغذیه صفر درجه به شکل تقارنکج برای هر دو مجموعه از رزوناتورهایاصلی و زیررزوناتورها قابل بکار بردن است. ولی [5] با بهرهگیری از متود ساختار تغذیه دوگانه مطرح شده در[3]، دو فیلتر میانگذر دوبانده بدون استفاده از رزوناتورهای امپدانس پله ای پیاده سازی شده است. اگرچه باند توقف آن دو فیلتر نیازمند حذف بهتری میباشد.
همینطور در [6]و [7] ساختار تغذیه صفر درجه را برای جفت رزوناتورهای تزویج شده بدون استفاده از خطوط تغذیه اضافی پیاده سازی گردید. رزوناتورهای امپدانس پلهای در فرکانس بنیادین خود یک باند عبور ایجاد میکنند بعلاوه با تنظیم نرخ-امپدانس* این رزوناتورها میتوان باند عبور دومی را که هارمونیک باند اول است، به فرکانس دلخواه انتقال داد. ایراد این نوع از طراحی این است که در برخی از موارد باند دوم با افت عبوری بالا و گزینش ضعیف تر بدست می آید. در کنار استفاده فراوان از SIR، در بسیاری از کارهای جدید از استابهای بارگذاری شده کوتاه یا مدارباز یا از رزوناتورهای اتصالکوتاهشده یا ترکیبی از رویکردهای فوق استفاده شده است
استابهای مازاد جهت کنترل فرکانس مرکزی باندهای عبور بطور مؤثری استفاده میگردد. اگرچه برخی فیلترهای فوق الذکر در رفتار خروجی خود کارآمد هستند ولی بسیاری از آنها با تغییری اندک قابل ارتقاء به باندهای عبور بیشتر نمیباشند.
در این مقاله فیلترهایی ارائه میگردد که با ترکیب نمودن انواع روشهای تزویج رزوناتورهای فشرده یا با جاسازی زیر-رزوناتورها در درون ساختار رزوناتورهای اصلی، طراحی میشوند. بعلاوه این فیلترها با بهرهگیری از روشهای تغذیه متفاوت از جمله خطوط تغذیه صفر درجه و یا خطوط تغذیه استابگذاری شده، طراحی و بهینهسازی شدهاند. در فیلتر اول با استفاده از دو جفت رزوناتور پرپیچ وخم فشرده و حلقه باز برای تولید دوباند عبور استفاده شده و استاب های باز در جهت بهبود تزویج ساختار تغذیه با رزوناتورها بارگذاری شدهاند.
با توجه به ساختار تزویج فیلتر و همینطور وجود تزویج پارازیتیک بین خطوط تغذیه متصل به پورتهای ورودی/خروجی، صفرهای انتقال اضافی دربین باندهای عبور دوگانه تولید شده که سبب بهبود باند توقف می گردد. در فیلتردوبانده دوم بجای استفاده از خطوط تغذیه رایج از ساختار تغذیه صفر درجه استفاده گردیده، و این ساختار برای یک جفت رزوناتور حلقه باز امپدانس پلهای اعمال شده که حاصل یک تک باند عبور با دو صفر انتقال در طرفین آن است.
پس از جاسازی دو جفت از رزوناتورهای مارپیچی حلقه باز در ساختار امپدانس پلهای اولیه یک باند عبور دوم ایجاد می گردید که بدلیل تزویج ضربدری - متقابل - بین این 4عدد رزوناتور یک جفت صفر انتقال نیز در طرفین باند عبور بالاتر ایجاد میگردد. شیب تند دامنه باندهای عبور دوگانه در فرکانسهای استاندارد GSM ، ایزولاسیون بین باندی مناسب، قابلیت بالای گزینش بدلیل وجود صفرهای انتقال و تلفات عبور نزدیک به صفر از ویژگیهای ممتاز فیلتر دوبانده دوم می باشد.
در پایان مقاله نیز دو فیلتر طراحی شده از لحاظ پارامترهای ساختاری و عملکردی با یکدیگر مقایسه می شوند. و نمونه تجربی یکی از فیلترها نیز پس از طی مراحل ساخت و اندازه گیری ارائه می گرددنتیجتاً. مشاهده میگردد که تطابق نتایج طراحی و ساخت این پیشنمونه نشان از صحت متود طراحی دارد.
.1 .2 طراحی ساختار تزویج فیلتر دوبانده اول
شکل شماره 1 نشان دهنده ساختار اولیه فیلتر دوبانده اول شامل رزوناتورهای حلقه باز و خطوط تغذیه میباشد. با توجه به ساختار بسیار ساده فیلتر براحتی می توان با کم و زیاد کردن جفت رزوناتورهای بالا یا پائین خطوط تغذیه به پاسخی یک بانده یا دو بانده دست یافت. علاوه بر این، ساختار اولیه فیلتر دارای قابلیت افزودن رزوناتورهای بیشتر به مسیر سیگنال بالا یا پائینی و آبشاری* شدن را دارد
شکل -1 ساختار اولیه فیلتر دوبانده اول
شکل -2 توپولوژی کوپلینگ فیلتر دوبانده اول
