báo cáo bài tập lớn điện tử tương tự ii lọc thông dải cho wifi

LỜI NÓI ĐẦU Bộ lọc tần số đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin bằng sóngđiện từ, nhất là trong thời đại hiện nay, khi công nghệ không dây đang phát triểnmột cách nhanh chóng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

*****

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ II

Đề tài:

Lọc thông dải cho Wifi

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Quang

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 Lê Công Phương Nam 20172706 ĐTVT.11-K62

2 Nguyễn Thị Thanh Hà 20172528 ĐTVT.11-K62

Hà Nội, 6/2020

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 Cơ sở lý thuyết 2

1.1 Giới thiêu bộ lọc thông dải ( BPF) 2

1.2 Phân tích thiết kế 3

1.2.1 Các thông số kỹ thuật 3

1.2.2 Thiết kế bộ lọc thông thấp 3

1.2.3 Trở kháng và biến đổi tần số 4

Chương 2 Mô phỏng ADS 7

Chương 3 Layout 7

TÀI LIỆU THAM KHẢO 7

LỜI NÓI ĐẦU

Bộ lọc tần số đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin bằng sóng điện từ, nhất là trong thời đại hiện nay, khi công nghệ không dây đang phát triển một cách nhanh chóng Bộ lọc có nhiệm vụ phân tách hoặc kết hợp các tần số khác nhau Yêu cầu quan trọng trong việc thiết kế các bộ lọc là khả năng chống nhiễu giữa các tín hiệu có tần số khác nhau Do đó đặc tính lọc hay đáp ứng tần của một bộ lọc phải có khả năng lựa chọn và loại bỏ các tần số trong dải tần một cách tối ưu nhất Từ yêu cầu đó đã thúc đẩy việc nghiên cứu cấu trúc lọc vi dải cũng như các bộ lọc khác cho ứng dụng cao tần Bên cạnh sự giúp sức của các công cụ hỗ trợ thiết kế bằng máy tính như các phần mềm mô phỏng đã tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực phân tích thiết kế mạch cao tần

Hiện nay, người ta chia bộ lọc tần số thành bốn loại: bộ lọc thông thấp ( Low Pass Filter- LPF), bộ lọc thông cao( High Pas Filter- HPF), bộ lọc thông dải( Band Pass Filter- BPF) và bộ lọc chắn dải( Band Stop Filter- BSF) Trong

đó, bộ lọc thông dải đóng vai trò gần như quan trọng nhất trong các thiết bị thông tin dùng sóng điện từ và có lý thuyết phân tích thiết kế khá phức tạp Chính vì thế, nhóm chúng em xin nghiên cứu đề tài “ Bộ lọc thông dải dùng cho Wifi ” được thực hiện trên phần mềm mô phỏng ADS ( Advance Design Systems)

Ngoài phần mở đầu, báo cáo bao gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 2: Mô phỏng bằng phần mềm ADS

Chương 3: Layout

Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài này, nhóm chúng em cũng đã dựa trên nhiều tài liệu khác nhau từ các anh chị khóa trước Bên cạnh đó kỹ năng và kiến thức chưa đủ sâu nên trong quá trình thực hiện cũng không tránh khỏi những sai sót, rất mong thầy góp ý, giúp đỡ thêm cho chúng em

Chương 1 Cơ sở lý thuyết

1.1 Giới thiêu bộ lọc thông dải ( BPF)

- Mạch lọc tần số là mạch chọn lấy tín hiệu trong một hay một số khoảng tần số nào đó còn các tín hiệu ở tần số khác bị loại trừ Các bộ lọc điện hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống viễn thông và truyền dẫn dữ liệu Bộ lọc được dùng để lọc nhiễu, chia tách kênh trong các hệ thống ghép kênh, lựa chọn dải thông, lọc bỏ các hài không cần thiết,

- Bộ lọc thông dải( BPF) là bộ lọc cho qua các tần số trong phạm vi nhất định và loại bỏ các tần số bên ngoài phạm vi đó BPF là thành phần thiết yếu cho hệ thống RF( Radio Frequency- tần số vô tuyến điện: được sử dụng để phát tín hiệu vô tuyến giúp truyền thông tin đi xa) Để đáp ứng nhu cầu người dùng, BPF được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao và giá thành thấp

Hình 1 Sơ đồ khối của hệ thống RF sử dụng BPF

- Các BPF có thể được thiết kế bằng 4 loại bộ lọc sau:

Maximally Flat or Butterworth Filter

Equal Ripple or Chebyshev Filter

Elliptic Filter or Caurer Filter

Linear Filter

1.2 Phân tích thiết kế

1.2.1 Các thông số kỹ thuật

- Sử dụng loại bộ lọc Equal Ripple ( Chebyshev Filter )

- f c =2.4 GHz

- Băng thông: 2.3 2.5 GHz

- 0.5dB Ripper

- N = 5

1.2.2 Thiết kế bộ lọc thông thấp

- Các giá trị của các phần tử trong mạch lọc thông thấp như sau:

{g 1=C 1=C 5=1.7058

g 2=L 2=L 4=1.2296

g 3=C 3=2.5408

Z 0 =Z L =1Ω

Sơ đồ bộ lọc thông thấp:

Hình 2: Sơ đồ bộ lọc thông thấp

Phổ tần của bộ lọc thông thấp:

Hình 3: Phổ tần của bộ lọc thông thấp

- Hình 3 cho thấy đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp, tần số cắt thu được

từ mô phỏng là 168,5 MHz, khi S (1,1) là 3.043 dB

1.2.3 Trở kháng và biến đổi tần số

- Ta có công thức sau:

L ' =R0 L

ω c

, C ' = C

R0ωc (1)

- Các giá trị mới thu được sẽ tạo ra tần số cắt và trở kháng mong muốn

- Đối với Wifi :

f c =2.4 GHz = ¿ ω c =2 πf =4.8 π ×10 9

(rads )

ZL = Z = 50S Ω

- Áp dụng công thức (1) ta có bảng:

Số phần

tử

R

(Ω)

C1 (pF)

L2 (nH)

C3 ( pF)

L4 (nH)

C5 (pF)

5 1 1.7058 1.2296 2.5408 1.2296 1.7058

5 50 2.2624 4.077 3.3698 4.077 2.2624

Sơ đồ bộ lọc:

Hình 4: Sơ đồ bộ thông thấp dùng

Phổ tần của bộ lọc

1.2.4 Chuyển đổi từ bộ lọc thông thấp sang BPF

- Nếu ω1 và ω2 là tần số cắt của BPF thì:

ω 0 =√ω1 ω 2 = 15.066Grad/s

Băng thông tương đối ∆=ω2−ω 1

Trong quá trình chuyển đổi:

- Cuộn cảm của bộ lọc nguyên mẫu sẽ được thay thế bằng 1 tụ điện và 1

cuôn cảm được mắc nối tiếp:(2){L '

= R0 L

ω0BW=

R 0 L

ω 2−ω1

C '

= BW

R 0 L ω 0

=ω 2−ω1

R o L ω o

- Tụ điên sẽ được thay thế bằng 1 cuộn cảm và 1 tụ điện được mắc song

song với nhau:(3){ L '

=R0 BW

ω0C =

Ro(ω 2−ω1)

ω 0 C

C ' = C

R 0 BW ω 0

R 0 (ω 2−ω1)

Hình 2: Sơ đồ chuyển đổi của L và C từ LPF sang BPF

Từ (2) và (3) Ta có các giá trị mới như bảng sau:

ω1=2 π ×2.3 Grad s / ω2=2 π ×2.5 Grad s /

LPF BPF

g1 C1 = 1.7058 L1’ = 0.1619 nHC1’ = 27.15 pF

C2’ = 0.0898 pF g3 C3 = 2.5408 L3’ = 0.1087 pFC3’ = 40.45 pF

C4’ = 0.0898 pF g5 C5 = 1.7058 L5’ = 0.1619 nHC5’ = 27.15 pF

Sơ đồ bộ lọc thông dải

Phổ của tín hiệu

Chương 2 Mô phỏng ADS

1 Bắt đầu hệ thống

2 Tạo một Workspace mới

• Click File > New > Workspace

• Trong hộp thoại New Workspace đặt tên cho Workspace

là BTLTT2 rồi click Finish

3 Xem bộ duyệt tìm file workspace và cấp bậc của nó

4 Tạo một thiết kế giản đồ lọc thông dải

a Trên màn hình chính click File > New > Schematic hoặc có thể nhấn biểu tượng

trên thanh công cụ.

b Hộp thoại New Schematic hiện ra, đặt tên cho giản đồ này là BPF

( Band Pass Filter) rồi ấn OK

c Trong Lumped-Components chọn tụ điện và cuộc cảm C L

d Trong Simulation- S_Param, chọn Term (Terminations) và

S_Parameter

e Chọn dân dẫy và nối đất như hình vẽ.

f Thay đổi giá trị L và C theo phần 1.

5 Cài đặt và chạy mô phỏng

a Để cài đặt mô phỏng nhấn double click vào S-Parameters hiện thị

ra hộp thoại thay đổi giá trị START,STOP,STEP-SIZE như hình rồi ấn OK

b Để bắt đầu mô phỏng ấn Simulate trên thanh công cụ ,ấn tiếp Simulate hoặc ấn biểu tượng trên thanh công cụ

6 Kết quả mô phỏng

a Sau khi mô phỏng thành công sẽ xuất hiện một file mới Chọn biểu tượng như hình để hiển thị kết quả

b Add S(1,1), S(2,1) như hình rồi ấn OK

c Ta được biểu đồ như hình

d Để đo các vị trí ta sử dụng các biểu tượng trên thanh công cụ và kết quả

Chương 3 Layout

TÀI LIỆU THAM KHẢO