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

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 chón

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:

STT Họ tên Mssv Lớp

1 Lê Công Phương Nam 20172706 ĐTVT.11-K62

2 Nguyễn Thị Thanh Hà 20172528 ĐTVT.11-K62

3 Ngô Thị Hiền 20172539 ĐTVT.11-K62

4 Trần Thế Rinh 20172783 ĐTVT.09-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 =C1 = 5=1.7058C

g 2 =L2=L 4=1.2296

g 3 =C 3=2.5408

Z0 =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 '

=R0L

ω c

, C '

= C

R0ω c (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= 2πf= 4.8π ×109

(rad

s )

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 ω 1 và ω 2 là tần số cắt của BPF thì:

ω0 =√ω 1 ω 2 = 15.066Grad/s

Băng thông tương đối ∆=ω2− 1ω

ω0

=BW=0.08333

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 '= R0L

ω0BW= R0L

ω 2 −ω1

C '= BW

R0L ω0

=ω2− 1ω

R o Lω o

2

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

song với nhau:(3){ L '=R0BW

ω0C =R o (ω 2−ω 1)

ω0C

C '= C

R0BW ω0

= C

R0(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:

ω 1 =2 π ×2.3 Grad s/

ω 2 =2 π ×2.5 Grad s/

Paramete

r

Specifications

LPF BPF

Order 5 5

Z0=Z L 1 50

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

g2 L2 = 1.2296 L2’ = 48.94 nH

C2’ = 0.0898 pF

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

g4 L4 = 1.2296 C4’ = 0.0898 pFL4’ = 48.94 nH

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 B t u h th ngắ đầ ệ ố

2 T o m t Workspace m iạ ộ ớ

• Click File > New > Workspace

• Trong h p tho i New Workspace t tên cho Workspace là BTLTT2 r iộ ạ đặ ồ

click Finish

3 Xem b duy t tìm file workspace và c p b c c a nó ộ ệ ấ ậ ủ

4 T o m t thi t k gi n ạ ộ ế ế ả đồ ọ l c thông d i ả

a Trên màn hình chính click File > New > Schematic ặho c có th nh n bi u t ể ấ ể ượ ng

trên thanh công c ụ

b H p tho i New Schematic hi n ra, t tên cho gi n ộ ạ ệ đặ ả đồ này là BPF ( Band Pass

Filter) rồi ấn OK

c Trong Lumped-Components ọ ụ đ ệ C ch n t i n và cuộc cảm L

d Trong Simulation- S_Param, ọ Term (Terminations) và S_Parameterch n S_Parameter

e Ch n dân d y và n i t nh hình v ọ ẫ ố đấ ư ẽ

f Thay đổ i giá tr L và C theo ph n 1 ị ầ

5 Cài t và ch y mô ph ng đặ ạ ỏ

a Để cài t mô ph ng nh n double click vào S-Parameters hi n th ra h p tho i đặ ỏ ấ ệ ị ộ ạ

thay đổ i giá tr ị START,STOP,STEP-SIZE START,STOP,STEP-SIZE START,STOP,STEP-SIZE nh hình r i n OK ư ồ ấ

b Để ắ đầ b t u mô ph ng n Simulate trên thanh công c , n ti p Simulate ho c n ỏ ấ ụ ấ ế ặ ấ

bi u t ể ượ ng trên thanh công c ụ

6 K t qu mô ph ng ế ả ỏ

a Sau khi mô ph ng thành công s xu t hi n m t file m i Ch n bi u t ỏ ẽ ấ ệ ộ ớ ọ ể ượ ng nh ư

hình hi n th k t qu để ể ị ế ả

b Add S(1,1), S(2,1) nh hình r i n OK ư ồ ấ

c Ta đượ c bi u ể đồ nh hình ư

d Để đ o các v trí ta s d ng các bi u t ị ử ụ ể ượ ng trên thanh công c và k t qu ụ ế ả

Chương 3 Layout

TÀI LIỆU THAM KHẢO