بخشی از مقاله
چکیده: در این مقاله یک فیلتر پایینگذر مایکرواستریپی با اتصال سري دو تشدید کننده سنجاقی اصلاح شده طراحی شده است. طرح پیشنهادي شامل دو استاب مدار باز جهت حذف هارمونیک هاي ناخواسته در باند توقف میباشد که در ابتدا و انتهاي تشدیدکنندههاي سنجاقی سري قرار دارند. فیلتر طراحی شده داراي باند توقف وسیع با سطح تضعیف بالاتر از -26 دسیبل از 3/7 تا 24/8 گیگاهرتز، شیب تیز در باند گذار و اندازه کوچک است. فیلتر طراحی شده داراي فرکانس قطع 3/7 گیگاهرتز و تلفات تزریقی کمتر از 0/1دسیبل و تلفات بازگشتی بیشتر از 17 دسیبل از dc تا 3 گیگاهرتز است. انطباق خوبی بین نتایج شبیهسازي و مقادیر اندازهگیري شده فیلتر ساخته شده وجود دارد.
-1 مقدمه
فیلترهاي پایین گذر مایکرواستریپی یکی از عناصر مهم در سیستمهاي مخابراتی بیسیم هستند. از ضعفهاي اساسی فیلترهاي از این نوع میتوان به تدریجی بودن پاسخ فرکانسی در باندگذار و وجود هارمونیکهاي ناخواسته در باند توقف اشاره داشت. در طراحی فیلترهاي پایینگذر، مشخصاتی همچون تلفات باند عبور کم، باند گذار تیز، باند توقف وسیع و کوچک بودن ابعاد فیلتر طراحیشده از اهمیت ویژهاي برخوردار هستند .[1]
بدست آوردن تمامی این مشخصات به صورت همزمان باهم امکان پذیر نبوده و نیاز به مصالحهاي مناسب بین این ویژگیها وجود دارد. کاربردهایی چون تقسیم کننده هاي توان و میکسرها بترتیب در [2] و [3] براي فیلترهاي پایین گذر مایکرواستریپی ارائه شده است. ساختارها و تشدیدکنندههاي گوناگونی در [4] تا [11] جهت طراحی این نوع از فیلترها ارائه شده است.
در [4] یک فیلتر پایین گذر با استفاده از یک تشدیدکننده سنجاقی امپدانس پلهاي و یک پچ دایروي که داراي دو صفر قابل تنظیم میباشد، ارائه شده است. ساختار ارائه شده داراي مشخصاتی چون ابعاد کوچک، پهناي باند توقف وسیع و باند گذار تیز است. در [5] با استفاده از تشدیدکننده سنجاقی و خط تشدید شده، یک فیلتر پایین گذر طراحی شده است.
در این ساختار بدون اتصال سري تشدیدکنندهها یا استفاده از ساختار DGS، بلکه با استفاده از استابهاي باز موازي در نقطه تغذیه یک تشدیدکننده سنجاقی، پهناي باند وسیعی بدست آمده است. در صورت طراحی مناسب سلولهاي تضعیفگر و استفاده مناسب از آن در این ساختار، دست یافتن به پهناي باند وسیعتر، نیز انجام پذیر بود.
در [6] با استفاده از تشدیدکنندههاي پچ مثلثی و چندضلعی یک فیلتر پایینگذر مایکرواستریپی طراحی شده است و مدل مداري LC نیز جهت تحلیل ساختار ارائه شده است. فیلتر ارائه شده داراي ابعاد مداري کوچک بوده ولی باند گذار آن تیز نیست. در [7] یک فیلتر پایین گذر مایکرواستریپی با قابلیت تغییر فرکانس قطع ارائه شده است.
در طراحی این فیلتر از یک تشدیدکننده Tشکل استفاده شده است. براي بررسی و تحلیل طراحی، تابع تبدیل تشدیدکننده بر اساس مدار معادل LC محاسبه میشود تا از طریق آن فرکانس قطع و صفرهاي انتقال بدست آید. فیلتر ارائه شده در این مقاله داراي ویژگیهایی چون پهناي باند قطع وسیع، پهناي باند گذار باریک و ابعاد کوچک است. در [8] نیز یک فیلتر پایینگذر با استفاده از تشدیدکننده T شکل طراحی شده است.
در این ساختار نیز از مدار معادل LC و امپدانس Z12 جهت بدست آوردن صفر انتقال استفاده شده است. در این مقاله وابستگی محل صفر انتقال به عناصر مرتبط در مدار LC جهت بدست آوردن عملکرد مطلوب، بررسی شده است. طرح ارائه شده داراي تلفات تزریقی پایین، پهناي باند وسیع و ابعاد کوچک بوده، اما پهناي باند گذار این فیلتر تیز نیست.
در [9] یک فیلتر پایین گذر با استفاده از تشدیدکننده مثلثی شکل طراحی شده است. در این ساختار با اقتباس تشدیدکننده مستطیلی از تشدیدکننده مثلثی، مدار معادل LC آن بدست آمده و همچنین تابع تبدیل و فرکانس صفر انتقال از طریق آن محاسبه شده است. در [10] یک فیلتر پایینگذر با پهناي باند گذار باریک ارائه شده است.
براي دستیابی به باند توقف وسیع از پچهاي دایروي شکل جهت سلولهاي تضعیفگر استفاده شده است. در این مقاله، با اتصال سري و آبشاري دو تشدید کننده سنجاقی اصلاح شده، به تحلیل آن پرداخته میشود. این مقاله در 3 بخش تنظیم شده است. بخش دوم به معرفی طرح پیشنهادي و همچنین نتایج شبیهسازي پرداخته و نتیجهگیري در بخش سوم انجام خواهد شد.
-2 ساختار فیلتر پیشنهادي و نتایج شبیهسازي
فیلتر پیشنهادي با اعمال تغییرات در ساختار تشدیدکننده سنجاقی، طراحی و به همراه ابعاد تمامی اجزاي آن، در شکل 1 نشان داده شده است. طراحی و ساخت این فیلتر بر روي زیرلایه RT/duroid 5880، با ضخامت 0/508 میلیمتر، ثابت دي الکتریک نسبی 2/2 و تانژانت تلفاتی 0/0009 انجام شده است. همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است، طرح ارائه شده از اتصال سري دو تشدیدکننده سنجاقی بهبود یافته بعنوان بخش پایه در مرکز ساختار و همچنین دو استاب باز بعنوان سلول تضعیفگر در ابتدا و انتهاي آن تشکیل شده است.
بخش پایه از دو تشدیدکننده سنجاقی اصلاح شده تشکیل شده است که مدار معادل و مقایسه نتایج شبیهسازي الکترومغناطیسی و مداري ضریب انتقال - پارامتر پراکندگی - S12 به همراه مقادیر سلفها و خازنها در شکل 2 و 3 نشان داده شده است. همانگونه که در شکل 2 مشاهده میشود تطبیق خوبی بین نتیجه شبیهسازي مداري و الکترومغناطیسی وجود داشته و میتوان از تحلیل مداري جهت بهبود و تحلیل طراحی استفاده نمود. همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است، یکی از عناصر تاثیر گذار بر صفر انتقال، پارامتر d10 است که تاثیر آن بر ضریب انتقال تشدیدکننده پایه نشان داده شده در شکل 1، به ازاي مقادیر d10 برابر 1، 2 و 3 میلیمتر نشان داده شده است.
همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده است با افزایش مقدار d10، صفر انتقال کاهش یافته و به سمت فرکانسهاي پایین انتقال مییابد. سلولهاي تضعیفگر، از استابهاي باز تشکیل شده و ابعاد آنها به گونهاي طراحی شدهاند تا در فرکانسهایی که مشخصه فرکانسی بخش پایه تکرار میشود تولید صفر انتقال نماید. فیلتر نشان داده شده در شکل 1 در بخش Momentum نرمافزار تجاري ADS 2011 طراحی و شبیهسازي شده است.
