Thiết kế bộ lọc thông dải 3 băng tần

Việc phân tích thiết kế bộ lọc cao tần đã phân tích cấu trúc khung cộng hưởng vòng nửa bước sóng từ đó tạo ra bước sóng thứ ba. Bên cạnh đó bộ ngắn mạch cấu trúc cộng hưởng được sử dụng để tạo ra các dải phổ đầu tiên và thứ hai. Ba tần số dải thông có thể dễ dàng điều chỉnh các giá trị mong muốn bằng cách thay đổi các kích thước. Cấu trúc lọc được chế tạo trên đế điện môi FR4 dày 0.8 mm. Bằng cách thêm vào vòng cộng hưởng bộ cộng hưởng ngắn mạch cùng các nhánh đường truyền có chiều dài thích hợp, ta có thể đạt được điều kiện cộng hưởng nhiều mode sóng. Từ đó tạo nên một mạch lọc có băng thông rộng và sườn dải thông dốc. So với cấu trúc lọc truyền thống, cấu trúc này có nhỏ gọn hơn, đặc biệt có khả năng chọn lọc ở nhiều tần số để có thể đáp ứng được như cầu hoạt động đa phương thức trong hệ thống thông tin di động hiện đại.Phần mềm mô phỏng Ansoft HFSS 13 đã hổ trợ một cách thiết thực cho việc thiết kế mô phỏng qua đó có thể kiểm tra sơ lượt về kết quả đã làm. Chương này cũng đã phần nào giới thiệu sơ lượt về phần mềm mô phỏng Ansoft HFSS 13. Phần mềm cung cấp một giao diện trực quan và dễ dàng sử dụng để phát triển các mô hình thiết bị RF thụ động. Ansoft HFSS có thể được sử dụng để tính toán các tham số chẳng hạn như: tham số S, tần số cộng hưởng, giản đồ trường, tham số γ, …Từ việc phân tích thiết kế bộ lọc cao tần đã xây dựng được bộ lọc cao tần và sử dụng phần mềm HFSS để có thể mô phỏng và hiệu chỉnh những giá trị một cách dễ dàng trên phần mềm. Với một bộ lọc thông dải 3 băng tần BPF 3 băng nhỏ gọn với tần số trung tâm của dải thông 2,43,5 và 5,4 GHz được thiết kế. Sau khi tối ưu hóa sử dụng Ansoft HFSS 13, kích thước cho bộ lọc này được xác định là: W1 = 1.5mm, W2 = 1mm, W3 = W5 = 0.5mm, W4 = 0,8 mm, L1 = 5.3mm, L2 = 9.6mm, L3 = 13.1 mm, L4 = 3.2mm, L5 = 6.5mm, L6 = 4.4mm, L7 = 2.8mm, L8 = 6.85mm, L9 = 5mm, L10 = 3.5mm, G1 = 0,8 mm, G2 = 0.2mm, G3 = 0.56mm và thông qua đường kính là 0,6 mm.

Lời cam đoan Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Ký tên Lê Đức Thông Mục lục Danh sách từ viết tắt PCB RF LO IF CST Printed Circuit Board Radio Frequency Local Oscillator Intermediate Frequency Computer Simulation Technology LNA FDTD Low Noise Amplifier Finite Differental Time Domain TM VSWR TEM SIR Transverse Magnetic Voltage Standing Wave Ratio Transverse Electric Magnetic Stepped-Impedance Resonator FET Field Effect Transistor Bảng mạch in Tần số vô tuyến điện Bộ dao động nội Trung tần Công nghệ mô máy tính Bộ khuếch đại tạp âm thấp Phương pháp vi sai hữu hạn theo miền thời gian Sóng từ ngang Tỷ số sóng đứng điện áp Sóng điện từ ngang Bộ cộng hưởng trở kháng nhảy bậc Transistor hiệu ứng trường Bảng đối chiếu thuật ngữ Anh – Việt STT 10 Thuật ngữ tiếng Anh Microwave Baseband Lowpass Filter Bandpass Filter Highpass Filter Bandstop Filter Microstrip line Cell Mesh Group Delay Thuật ngữ tiếng Việt Vi ba (cao tần) Băng Bộ lọc thông thấp Bộ lọc thông dải Bộ lọc thông cao Bộ lọc chắn dải Đường truyền vi dải Ô, khối nhỏ Lưới, tạo lưới Trễ nhóm Danh sách hình PHẦN MỞ ĐẦU Phần mở đầu Để đáp ứng nhu cầu thông tin lúc nơi, công nghệ truyền thông không dây ngày quan tâm nghiên cứu phát triển Các thiết bị thông tin vô tuyến thu nhỏ kích thước mức tối đa để tăng khả tích hợp, đặc biệt hệ thống thông tin di động thông tin vệ tinh Mạch lọc tần số thành phần thiếu thiết bị Và hướng phát triển cấu trúc lọc không việc cải thiện đặc tính hoạt động mà nhỏ gọn kích thước vật lý Đối với thiết bị thông tin di động vệ tinh, dạng mạch lọc thông dải thường sử dụng, nhờ giá thành rẻ dễ dàng chế tạo công nghệ mạch in (PCB) Các giải pháp thu nhỏ kích thước mạch lọc thông dải bao gồm sử dụng đế điện môi có số điện môi lớn, hay bẻ cong đường dải dẫn cấu trúc lọc truyền thống, hay nghiên cứu đưa cấu trúc lọc có kích thước nhỏ gọn Trong giải pháp đưa cấu trúc nhỏ gọn quan tâm phát triển đạt kết định nhờ tiến gần công nghệ vật liệu; bao gồm vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (High-temperature Superconductors – HTS), mạch tích hợp đơn tinh thể cao tần (Monolithic Microwave Integrated Circuits–MMIC), hệ vi điện (Microelectromechanic Systems – MEMS)… trở thành động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc nghiên cứu cấu trúc lọc vi dải (microstrip) dạng lọc khác cho ứng dụng cao tần Bên cạnh đó, với giúp sức công cụ hỗ trợ thiết kế máy tính, chẳng hạn phần mềm mô trường điện từ tạo nên cách mạng lĩnh vực phân tích thiết kế mạch cao tần Theo dạng đáp ứng tần, người ta chia lọc tần số thành bốn loại: Bộ lọc thông thấp (Low-pass filter – LPF), Bộ lọc thông cao (High-pass filter – HPF), Bộ lọc thông dải (Band-pass filter – BPF) Bộ lọc chắn dải (Band-stop filter – BSF) Trong đó, lọc thông dải đóng vai trò gần quan trọng thiết bị thông tin dùng sóng điện từ có lý thuyết phân tích thiết kế phức tạp Đồ án PHẦN MỞ ĐẦU nhằm giới thiệu phương pháp thiết kế lọc thông dải , với khả loại bỏ tần số dải thông đạt mức cao Một lọc BPF băng tần sử dụng hai cộng hưởng đề xuất Một cộng hưởng nửa bước sóng ngắn mạch tải cộng hưởng nửa bước sóng Cộng hưởng nửa bước sóng ngắn mạch tải tạo dải phổ thứ hai, tần số hài chẳn_lẻ cộng hưởng nửa bước sóng sử dụng để tạo dãy thông thứ ba Ba tần số dải thông dễ dàng điều chỉnh giá trị mong muốn cách thay đổi kích thước Bộ lọc cấu trúc phẳng, tạo thuận lợi cho việc thiết kế giảm chi phí chế tạo Ngoài ra, có truyền số bên dải thông, giúp tăng tính chọn lọc viền Xuất phát từ luận điểm trên, em chọn đề tài nghiên cứu là: “THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI BA BĂNG TẦN ỨNG DỤNG CHO WLAN VÀ WIMAX” Đề tài e bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu lọc tần số Trong chương trình bày tổng quát lọc cao tần(thông cao; thông thấp; thông dải; chắn dải) sơ đồ khó máy thu, phát vô tuyến song công để thấy vị trí quan trọng lọc Với lịch sử phát triển dài hoàn thiện tạo tiền đề quan trọng tạo nên động lực nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày cao người dùng Chương 2: Cơ sở lý thuyết lọc Trình bày kiến thức đường truyền vi dải lọc cao tần Xuất phát từ lý thuyết phân tích mạng siêu cao tần đường truyền sóng, đến lý thuyết mạch lọc cao tần, từ phân tích đặc tính quan trọng mạch cộng hưởng dạng vòng Đây tiền đề quan trọng để thực trình phân tích thiết kế mạch lọc thông dải băng thông trình bày chi tiết chương sau đồ án Chương 3: Phương pháp thiết kế kết mô Cấu trúc lọc chế tạo đế điện môi FR4 dày 0.8 mm Với việc thêm vào vòng cộng hưởng cộng hưởng ngắn mạch nhánh đường truyền PHẦN MỞ ĐẦU có chiều dài thích hợp, ta đạt điều kiện cộng hưởng nhiều mode sóng Từ tạo nên mạch lọc có băng thông rộng sườn dải thông dốc So với cấu trúc lọc truyền thống, cấu trúc có nhỏ gọn hơn, đặc biệt có khả chọn lọc nhiều tần số để đáp ứng cầu hoạt động đa phương thức hệ thống thông tin di động đại Em nhận thấy đồ án giúp em tổng hợp lại nhiều kiến thức thông qua nhiều môn học quý thầy cô truyền đạt Tuy có nhiều cố gắng em không tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong quý thầy cô bạn đóng góp thêm Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG, đặc biệt cô giáo Trần Thị Hương hướng dẫn giúp đỡ tận tình để em hoàn thành tốt đồ án CHƯƠNG Chương Giới thiệu lọc cao tần 1.1 Giới thiệu Để tìm hiểu tìm hiểu rõ lọc chương cho thấy phát triển lọc tần số ứng dụng quan trọng lọc hệ thông thông tin di động ngày 1.2 Bộ lọc tần số, vai trò phát triển Bộ lọc tần số lựa chọn tần số, cho phép tín hiệu dải tần mong muốn qua chặn lại tín hiệu dải tần khác Theo dạng đáp ứng tần, người ta chia lọc tần số thành bốn loại: Bộ lọc thông thấp (Low-pass filter – LPF), Bộ lọc thông cao (High-pass filter – HPF), Bộ lọc thông dải (Bandpass filter – BPF) Bộ lọc chắn dải (Band-stop filter – BSF) Hai loại lọc cho phép tín hiệu toàn dải tần phía phía tần số cắt qua, hai loại lọc lại cho phép truyền qua chặn lại tín hiệu dải tần định nằm tần số cắt tần số cắt Hình 1.1 mô tả dạng đáp ứng tần ký hiệu sơ đồ khối loại lọc a) Hình 1.1 Bốn a) thông cao; c) thông Bộ lọc c) b) d) loại lọc thấp; b) thông dải; d) chắn dải thành phần thiếu hệ thống khai thác tài nguyên tần số sóng điện từ, bao CHƯƠNG gồm từ thông tin di động, thông tin vệ tinh, radar, định vị dẫn đường, cảm biến hệ thống khác Với tiến thông tin ứng dụng vô tuyến điện, phổ tần có hạn sóng điện từ phải chia sẻ ngày nhiều cho hệ thống Tín hiệu điện từ hệ thống giới hạn khoảng phổ tần định Các lọc dùng để lựa chọn giới hạn tín hiệu khoảng tần số Chúng đóng nhiều vai trò khác hệ thống, Hình 1.2 sơ đồ máy thu phát vô tuyến Hình Sơ đồ khối máy thu phát vô tuyến song công Phần sơ đồ khối phía thực chức thu, phần phía thực chức phát Hai chức sử dụng chung anten, song công (duplexer) dao động nội (LO) Có thể thấy, nhiều lọc sử dụng hệ thống thực nhiệm vụ khác Chẳng hạn phần thu, lọc phía sau LNA dùng để chặn tần số ảnh tần số rò rỉ từ đường truyền Nếu ngăn chặn này, tính hiệu tần số ảnh đổi xuống trung tần (IF) gây nhiễu, làm giảm tỷ số tín hiệu tạp âm (S/N) hệ thống Sau trộn tần, lọc thông thấp khử thành phần không mong muốn tín hiệu sau trộn tần số rò từ dao động nội Trong phần phát, lọc đặt trộn khuếch đại công suất để lựa chọn tần số mong muốn loại bỏ tần số khác tạo sau đổi tần lên Cả khối phát khối thu sử dụng chung song công gồm hai mạch lọc thông dải Một lọc có dải thông dải tần thu, dùng để lựa chọn tần số cho thu CHƯƠNG thông số kích thước chiều dài vòng cộng hưởng, độ rộng đường truyền khoảng cách g Với thông số d tăng lên đạt hai băng tần số khoảng đạt băng tần nhỏ Chính thiết kế mạch lọc dải tần 3G mong muốn cần lọc đạt băng tần khoảng rộng băng tần phải hẹp Khi có dòng điện chạy qua vòng cộng hưởng hoạt động điện cảm L khoảng cách hai vòng tạo nên tụ điện C Thay đổi khoảng cách vòng cộng hưởng dẫn đến giá trị tụ điện C thay đổi tần số cộng hưởng cộng hưởng dải tần khác 3.2.2 Đặc trưng cộng hưởng ngắn mạch (a) (b) (c) Hình 3.7: Bộ cộng hưởng ngắn mạch Hình 3.7(a) cho thấy cách bố trí cộng hưởng ngắn mạch tải bao gồm cộng hưởng nửa bước sóng vi dải ngắn mạch tải Đối với mode chẳn mode lẻ kích thích, mạch tương đương thể hình 3.7 (b) (c) Ngoài ra, Z1, Z2 L1, L2 trở kháng đặc tính chiều dài đường nửa bước sóng ngắn mạch nhánh tương ứng Giá trị phần tử Z 1, Z2 L1, L2 lọc nguyên mẫu xác định thông số kỹ thuật Trở kháng đầu vào mode chẳn mode lẻ thể như: Z ine = jZ Z1 tan(β L1 ) + 2Z tan(βL2 ) Z1 − Z tan(βL1 ) tan(βL2 ) (3.1) Z ino = − jZ cot(βL1 ) (3.2) CHƯƠNG β Với số lan truyền cho mode chẳn mode lẻ Điều kiện cộng hưởng là: Z ine → ∞ Z ino → ∞ , (3.3) Tần số cộng hưởng xác định sau: f even = c 4( L1 + L2 ) ε eff (3.4) f odd = c L1 ε eff (3.5) Trong c vận tốc ánh sáng không gian tự do, εeff số điện môi hiệu bề mặt Phương trình (3.4) dựa trường hợp đặc biệt: Z = 2Z2 Từ (3.4) (3.5), L2> có feven1 < fodd1 Như vậy, hai tần số cộng hưởng cộng hưởng nửa bước sóng nhánh tải kiểm soát cách điều chỉnh L1 L2 Từ (3.4), có nghĩa tần số cộng hưởng đầu tiên, cụ thể f điều khiển tỷ lệ impendence đặc trưng chiều dài dòng điện nửa bước sóng ngắn mạch nhánh Trong đó, từ (3.5), tần số cộng hưởng thứ hai, cụ thể f xác định cách điều chỉnh độ dài dòng điện nửa bước sóng Điện áp trung tâm dòng nửa bước sóng không f Do đó, tín hiệu vào thời điểm tần số chuyển giao cho ngắn mạch không ảnh hưởng đến cường độ liên kết f1 3.3 Phần mềm mô Ansoft HFSS 13 3.3.1 Giới thiệu HFSS viết tắt Hight Frequency Structure Simulator HFSS phần mềm mô trường điện từ theo phương pháp toàn sóng (full wave) để mô hình hóa thiết bị thụ động 3D Ưu điểm bật có giao diện người CHƯƠNG dùng đồ họa Nó tích hợp mô phỏng, ảo hóa, mô hình hóa 3D tự động hóa (tự động tìm lời giải) môi trường dễ dàng để học, lời giải cho toán điện từ 3D thu cách nhanh chóng xác Ansoft HFSS sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM), kỹ thuật chia lưới thích nghi (adaptive meshing) kỹ thuật đồ họa Ansoft HFSS sử dụng để tính toán tham số chẳng hạn như: tham số S, tần số cộng hưởng, giản đồ trường, tham số γ, … HFSS hệ thống mô tương tác, phần tử mắt lưới tứ diện Điều cho phép bạn tìm lời giải cho vật thể 3D Đặc biệt cấu trúc có dạng cong phức tạp Ansoft công ty tiên phong sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô trường điện từ kỹ thuật như: phần tử hữu hạn, chia lưới thích nghi… Ansoft HFSS cung cấp giao diện trực quan dễ dàng sử dụng để phát triển mô hình thiết bị RF thụ động Chu trình thiết kế bao gồm bước sau: Vẽ mô hình với tham số cho trước: vẽ mô hình thiết bị, điều kiện biên nguồn kích thích Thiết đặt thông số để phân tích: thực thiết đặt thông số để tìm lời giải Chạy mô phỏng: trình hoàn toàn tự động Hiển thị kết quả: đưa báo cáo dồ thị 2D Trong trình thực phân tích, HFSS chia toàn cấu trúc thành tứ diện nhỏ (gọi mắt lưới) Hệ thống mắt lưới lấp kín toàn cấu trúc Kỹ thuật mô sử dụng HFSS để tính toán trường điện từ 3D bên CHƯƠNG cấu trúc dựa phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM) Một cách tổng quát, phương pháp FEM chia toàn không gian toán thành hàng ngàn vùng nhỏ (gọi phần tử mắt lưới) biểu diễn trường phần tử mắt lưới theo hàm sở riêng cho phần tử Còn HFSS, toàn cấu trúc chia tự động thành số lượng lớn khối tứ diện Tập hợp toàn khối tứ diện gọi hệ thống mắt lưới phần tử hữu hạn Ta phải chọn lựa kích thước mắt lưới, độ xác mong muốn tài nguyên (bộ nhớ) mà máy vi tính sẵn có Bạn mong muốn đạt độ xác tối đa, điều có nghĩa mắt lưới cực nhỏ Nhưng tràn nhớ vượt khả xử lí máy vi tính Để tạo hệ thống mắt lưới tối ưu, HFSS sử dụng quy trình lặp, gọi phân tích thích nghi (adaptive analysis), mắt lưới tự động “cải tiến” vùng quan trọng Trước tiên, đưa lời giải dựa hệ thống mắt lưới khởi tạo “thô” Sau đó, “cải tiến” mắt lưới vùng có tỷ trọng lỗi cao tạo lời giải Khi tham số chọn hội tụ giới hạn mong muốn, HFSS thoát khỏi quy trình lặp Theo www.ansoft.com, HFSS phần mềm chuẩn công nghiệp cho việc tách tham số S chương trình mô chuyên dùng cho mạch in toàn sóng (full wave SPICE) cho mô điện từ linh kiện tần số cao với tốc độ cao HFSS sử dụng rộng rãi cho việc thiết kế phần tử thụ động nhúng chip, đầu nối mạch in, anten, linh kiện RF/vi ba, gói IC tần số cao HFSS phát triển sản phẩm khoa học, giảm thời gian phát triển khẳng định rõ thành công thiết kế Phiên HFSS đưa phát triển sản phẩm tới kỹ sư RF/vi ba mở rộng việc phối hợp thiết kế điện từ tới nhánh khác kỹ sư làm việc khu vực thiết kế IC RF/analog thiết kế multi-gigabit EMI/EMC HFSS dùng để mô đầu nối, ống dẫn sóng, linh kiện chip, anten, v.v… dùng cho việc khảo sát tham số, tối ưu cấu trúc, v.v… CHƯƠNG HFSS phần họ sản phẩm Ansoft CHƯƠNG 3.3.2 Giao diện mô phần mềm HFSS (a) (b) Hình 3.8: (a) Giao diện xây dựng mô hình (b) thiết lập mô phần mềm HFSS CHƯƠNG Hình 3.9 Giao diện thể kết mô 3.4 Kết mô nhận xét (a) CHƯƠNG (b) Hình 3.10: Mô hình mạch lọc thông dải băng tần Trong phần này, lọc thông dải băng tần Hình 3.1, dùng cộng hưởng nửa bước sóng ngắn mạch tải cộng hưởng vòng nửa bước sóng trình bày Cộng hưởng nửa bước sóng ngắn mạch tải tạo dải phổ thứ hai, tần số hài chẳn cộng hưởng vòng nửa bước sóng sử dụng để tạo dải thông thứ ba Hai đường dây với trở kháng đặc trưng 50 Ohm kết nối với cộng hưởng bên ngoài, đóng vai trò cổng đầu vào đầu Đặc tính tần số lọc đề xuất minh chứng đầy đủ hình 3.9, minh họa thay đổi ba tần số cộng hưởng lọc L 10 có chiều dài khác L4 có độ dài khác nhau, kích thước khác cố định Từ hình 3.9 (a), ta nhìn thấy f giảm 3,13-2 GHz L 10 tăng lên, f3 thay đổi chút f2 giữ nguyên Trong hình 3.9 ( b), f3 tần số cộng hưởng thay đổi 7,3-4,7 GHz cách tăng chiều dài cuống L4 mở, f1 f2 giữ nguyên (a) CHƯƠNG (b) Hình 3.11: Đáp ứng tần số mô thông số S21 theo độ dài khác L4 (a) L10 (b) Vì vậy, thiết kế lọc, để có tần số dải thông mong muốn, f xác định cách điều chỉnh chiều dài L, L chiều dài tổng thể dòng, cụ thể là: L = L5 + L6 + L7 + L8 + L9 +3W3 + W4 (3.6) Sau f1 kiểm soát đơn giản cách điều chỉnh độ dài ngắn mạch nhánh L10, f3 xác định cách điều chỉnh độ dài L4, kích thước khác cố định Để xác minh phân tích nêu trên, lọc thông dải băng tần BPF băng nhỏ gọn với tần số trung tâm dải thông 2,4/3,5 5,4 GHz thiết kế Sau tối ưu hóa sử dụng Ansoft HFSS 13, kích thước cho lọc xác định là: W1 = 1.5mm, W2 = 1mm, W3 = W5 = 0.5mm, W4 = 0,8 mm, L1 = 5.3mm, L2 = 9.6mm, L3 = 13.1 mm, L4 = 3.2mm, L5 = 6.5mm, L6 = 4.4mm, L7 = 2.8mm, L8 = 6.85mm, L9 = 5mm, L10 = 3.5mm, G1 = 0,8 mm, G2 = 0.2mm, G3 = 0.56mm thông qua đường kính 0,6 mm Hình 3.12 Kết mô lọc thông dải băng tần Để đạt băng thông cần thiết cho ba dải phổ, điều chỉnh kích thước khớp nối lọc đề xuất cần thiết Băng thông xác định yếu tố chất lượng Qe bên hệ số khớp nối Cho dải thông thứ hai, yếu tố chất lượng Qe hệ số khớp nối xác định khoảng cách khớp nối G1, G2 G3 Trong đó, băng thông dải thông thứ ba, Qe hệ số khớp nối f3 phụ thuộc vào vị trí chiều dài L 1,L2, khớp nối khoảng cách G2 cộng hưởng bên bên ngoài, khoảng cách khớp nối G (a) CHƯƠNG (b) Hình 3.13: Đáp ứng tần số S21 thay đổi theo thông số L1 G1 Hình 3.13 (a),(b) minh họa thay đổi đặc tính lọc trường hợp khác G1 khoảng cách khớp nối L kích thước khác cố định Chúng ta lưu ý rằng, băng thông dải phổ thứ hai giữ nguyên Trong đó, băng thông dải thông thứ ba tăng G L1 giảm xuống Khi có dòng điện chạy qua vòng cộng hưởng hoạt động điện cảm L khoảng cách hai vòng tạo nên tụ điện C Thay đổi khoảng cách vòng cộng hưởng dẫn đến giá trị tụ điện C thay đổi tần số cộng hưởng cộng hưởng dải tần khác Hình 3.14: Đáp ứng tần số S21 thay đổi theo thông số G1 Hình 3.14 cho thấy kết mô lọc đề cập với khoảng cách khớp nối G3 khác nhau, kích thước khác cố định Có thể thấy băng thông dải phổ thứ hai tăng lên G giảm Trong đó, băng thông dải thông thứ ba không thay đổi Tổng kết chương Trong chương này, em vừa trình bày phương pháp thiết kế kết mô mạch lọc thông dải băng tần - Phân tích thiết kế lọc cao tần: Đã phân tích cấu trúc khung cộng hưởng vòng nửa bước sóng từ tạo bước sóng thứ 3; ta điều chỉnh bẳng thông dãi tần cách điều chỉnh độ dài L1 G1 Bên cạnh ngắn mạch cấu trúc cộng hưởng sử dụng để tạo dải phổ thứ hai cách thay đổi độ dài L10 chiều dài tổng L CHƯƠNG - Giới thiệu phần mềm mô HFSS 13: sơ lượt phần mềm mô Ansoft HFSS cung cấp giao diện trực quan dễ dàng sử dụng để phát triển mô hình thiết bị RF thụ động - Kết mô phỏng: Từ việc phân tích thiết kế lọc cao tần xây dựng lọc cao tần sử dụng phần mềm HFSS để mô hiệu chỉnh giá trị cách dễ dàng phần mềm Từ thấy, thêm vào khung cộng hưởng ngắn mạch ta điều chỉnh băng tần cách độc lập Cấu trúc lọc chế tạo đế điện môi FR4 dày 0.8 mm Với việc thêm vào vòng cộng hưởng cộng hưởng ngắn mạch nhánh đường truyền có chiều dài thích hợp, ta đạt điều kiện cộng hưởng nhiều mode sóng Từ tạo nên mạch lọc có băng thông rộng sườn dải thông dốc So với cấu trúc lọc truyền thống, cấu trúc có nhỏ gọn hơn, đặc biệt có khả chọn lọc nhiều tần số để đáp ứng cầu hoạt động đa phương thức hệ thống thông tin di động đại KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận hướng phát triển đề tài Kết luận Đồ án trình bày lý thuyết áp dụng vào trình phân tích thiết kế mạch lọc thông thường v7à đặc biệt lọc thông dải băng tần Bên cạnh đó, vấn đề có liên quan đến cấu trúc vòng cộng hưởng vi dải cộng hưởng ngắn mạch đề cập cách khái quát Với hỗ trợ phần mềm mô HFSS 13, phân bố trường đặc tính cộng hưởng cấu trúc thể cách trực quan, khẳng định tính đắn lý thuyết phân tích Một mạch lọc thông dải băng tần, có dải tần hoạt động 2.4GHz/3.5GHz 5.4GHz xây dựng, nhằm minh họa cho phương pháp thiết kế sử dụng cấu trúc cộng hưởng vòng ngắn mạch cộng hưởng Với việc tạo nhiều mode cộng hưởng có tần số gần nhau, ta đạt dải thông rộng với đáp ứng tần có sườn dốc, làm tăng khả chọn lọc tần số Quan trọng hơn, mạch lọc thiết kế có kích thước nhỏ gọn, có khả tích hợp nhiều hệ thống Hướng phát triển đề tài Kết tính toán đồ án dừng lại mức độ mô Cấu trúc kiểm chứng cách xác thực thông qua việc đo đạc thiết bị thật Vì trước áp dụng thực tế, công việc cần làm chế tạo lọc với thông số phương án thiết kế đưa ra, tiến hành đo đạc để thu đặc tính xác Bên cạnh đó, điều kiện thông tin lúc nơi nay, việc tạo lọc có khả tùy biến cao hoạt động nhiều tần số đề tài thu hút ý nhà nghiên cứu Khái niệm Bộ lọc thích nghi (Adaptive Filter) đời từ yêu cầu Đã có số nghiên cứu nhằm thiết kế lọc có khả thay đổi đặc tính lọc kích thích điện (reconfigurable filter) sử dụng cấu trúc vòng cộng hưởng đa mode sóng linh kiện tích cực KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Varactor hay FET Vì thế, đồ án hoàn toàn có khả phát triển theo hướng tạo lọc thích nghi có băng thông tùy biến kích thước nhỏ, ứng dụng nhiều hệ thống truyền thông đại TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1] Jia-Sheng Hong, M J Lancaster, Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, John Wiley & Sons, 2001 [2] David M Pozar, Microwave Engineering, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998 [3] M._Makimoto,_S._Yamashita, MicrowaveResonators [4] A Method To Design Tri-band Bandpass Filter For WLAN And WiMAX Applications, MinhTan Doan1, TranQuang Nguyen1, T HongTham Tran1, DucUyen Nguyen2 [5] C H Lee, C I G Hsu, and H K Jhuang, “Design of a new tri-band microstrip BPF using combined quarter- wavelength SIRs,” IEEE Microw Wireless Compon Lett., vol 16, no 11, pp 594–596, Nov 2006 [6] Q X Chu and X M Lin, “Advanced triple-band bandpass filter using tri- section SIR,” Electron Lett., vol 44, no 4, pp 295–296, Feb 2008 [7] F C Chen, Q X Chu, and Z H Tu, “Tri-band bandpass filter using stub loaded resonators,” Electron Lett., vol 44, no 12, pp 747-749, Jun 2008 [8] Q X Chu, F.C Chen, Z.H Tu and H.Wang, “A novel crossed resonator and its applications to bandpass filter,” IEEE Trans Microw Theory Tech., vol 57, no 7, pp 1753-1759, Jul 2009 [9] M T Doan, W Q Che, K Deng, and W J Feng, “Compact Tri-band bandpass filter using stub-loaded resonator and quarter-wavelength resonator,” In Proc Int Conf Microw China-Japan Joint, pp 1-4, Apr 2011 [10]S Luo, L Zhu, and S Sun, “Compact dual-mode triple-band bandpass filters using three pairs of degenerate modes in a ring resonator,” IEEE Trans Microw Theory Tech., vol 59, pp 1222-1229 2011 [11] S Luo, L Zhu, “A novel dual-mode dual-band bandpass filter based on a single ring resonator,” IEEE Microw Wireless Compon Lett., vol 19, no 8, pp 497–499, Aug 2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO [12] S Sun, “A dual-band bandpass filter using a single dual-mode ring resonator,” IEEE Microw Wireless Compon Lett., vol 21, no 6, pp 298-300, Jun 2011 [13] J Z Chen, N Wang, Y He, and C H Liang, “Fourth-order tri-band bandpass filter using square ring loaded resonators,” Electron Lett., vol 47, no 15, pp 858859, July 2011 [14] M T Doan, W Q Che and W J Feng, “Tri-band bandpass filter using square ring short stub loaded resonators,” Electron Lett., vol 48, no 2, pp 106107, Jan 2012 [15] B Lui, F Wei and X Shi, “Switchable bandpass filter with two-state frequency responses,” Electronics Lett., vol 47, no 1, 6th January 2011 [...]... đại, Bộ lọc thong dải 3 băng thông (BPFs) đã trở thành một trong những thiết bị quan trọng nhất trong các máy phát và thu trong hệ thống thông tin vi ba Trong những năm gần đây, nhiều cách tiếp cận đã được báo cáo trong các tài liệu để thiết kế 3 băng BPF Trong luận văn này, một phương pháp mới để thiết kế Bộ lọc thông dải 3 băng tần ứng dụng cho Wlan và WiMax được trình bày Ba dải phổ được thiết kế. .. mạch lọc cao tần, từ đó phân tích những đặc tính quan trọng của mạch cộng hưởng dạng vòng Đây là tiền đề quan trọng để thực hiện quá trình phân tích thiết kế mạch lọc thông dải 3 băng thông sẽ được trình bày chi tiết ở chương sau của đồ án CHƯƠNG 3 Chương 3 Phân tích thiết kế và mô phỏng bộ lọc thông dải 3 băng tần 3. 1 Giới thiệu Để đáp ứng như cầu hoạt động đa phương thức trong các hệ thống truyền thông. .. tổng hợp bộ lọc theo phương pháp cũ vẫn có thể được áp dụng với độ chính xác tương đối cho dải tần siêu cao Hình 2 5 Đáp ứng tần của bốn loại mạch lọc lý tưởng: CHƯƠNG 2 a) lọc thông thấp; b) lọc thông cao; c) lọc thông dải; d) lọc chắn dải 2 .3. 2 Bộ lọc thông thấp Hình 2.6 mô tả sơ đồ một mạch lọc hai cửa có nguồn điện áp với trở kháng nguồn , trở kháng tải Với giả thiết sóng công suất tới mạch lọc có... các đặc tính lọc mong muốn, nhưng với mục đích chung đều là để tạo ra các mạch lọc có kích thước nhỏ, chi phí thấp và khả năng chọn lọc tần số tối ưu đồng thời đáp ứng được đa kênh truyền 1.4 Kết quả mong muốn Trong đồ án này, em sẽ tập trung nghiên cứu, giới thiệu một phương pháp thiết kế mạch lọc thông dải 3 băng thông với dải tần trong dải 3G 2.4 /3. 5/5.4 GHz, đáp ứng tần trong dải thông phải có... mạch lọc thông dải hình bậc thang CHƯƠNG 2 Hình 2 10 Đồ thị tổn hao xen theo tần số của mạch lọc thông dải Công thức biến đổi tần số từ tần số chuẩn hóa của mạch lọc thông thấp sang tần số thực của mạch lọc thông dải: với (2 .33 ) Từ hình 2.9, có thể thấy các thành phần điện dung và điện cảm trong mạch lọc thông thấp sẽ được biến đổi thành các nhánh cộng hưởng LC song song và nối tiếp trong mạch lọc thông. .. tạo ra dải phổ đầu tiên và thứ hai, trong khi tần số hài chẳn_lẻ của cộng hưởng vòng nửa bước sóng được sử dụng để tạo ra dãy thông thứ ba Ba tần số dải thông có thể dễ dàng điều chỉnh các giá trị mong muốn bằng cách thay đổi các kích thước Bộ lọc này là cấu trúc phẳng, tạo thuận lợi cho việc thiết kế và giảm chi phí chế tạo 3. 2 Phân tích và thiết kế bộ lọc thông dải ba băng thông 3. 2.1 Mạch lọc dựa... mạch lọc được sử dụng với nhiều dạng đáp ứng tần khác nhau, như thông thấp, thông cao, thông dải hay chắn dải Trong các dạng đó, mạch lọc thông dải được sử dụng rộng rãi nhất Nhiều phương pháp thiết kế mạch lọc thông dải đã được đề xuất Để đạt được yêu cầu về hoạt động trong dải thông cố định không phải là điều quá khó khăn Tuy nhiên khi đặt ra yêu cầu dải tần phải hẹp, và kích thước vật lý của mạch lọc. .. vào một mạch ngắn mạch, tần số trung tâm của dải phổ thứ ba có thể được điều khiển độc lập với các giá trị mong muốn Hơn nữa, bằng cách sử dụng cấu trúc khớp nối để điều chỉnh băng thông của các dải tần từ đó có thể thực hiện việc đa kênh truyền một cách tốt nhất CHƯƠNG 3 Hình 3. 1: Bộ lọc thông dải BPF 3 băng tần Ở hình 3. 1 cho thấy cách bố trí của BPF 3 băng tần sử dụng hai bộ cộng hưởng được đề xuất... mạch lọc thông thấp bậc 3 Giá trị tổn hao xem tại tần số cắt bằng Nhìn vào hai đồ thị, có thể thấy rõ ràng đáp ứng tần của mạch lọc Chebyshev tăng nhanh hơn ở dải tần phía trên tần số cắt so với CHƯƠNG 2 mạch lọc Butterworth Nói cách khác, bộ lọc Chebyshev có đặc tính lọc dốc hơn, gần hơn với dạng đặc tính lọc của bộ lọc lý tưởng như trong Hình 2.5 Hình 2 7 Đáp ứng tần của mạch lọc thông thấp bậc 3 a)... thiết kế bộ lọc thông dải 3 băng tần, chương này sẽ giúp chúng ta có được những kiến thức cơ bản nhất về đường truyền vi dải và bộ lọc cao tần 2.2 Lý thuyết chung về phân tích mạch điện cao tần Khái niệm siêu cao tần (Microwave) dùng để chỉ sóng điện từ dao động điều hòa có tần số trong khoảng từ 30 0 MHz đến 30 0 GHz, với chiều dài bước sóng tương ứng từ λ = c/f = 1 m tới λ = 1 mm Sóng điện từ với tần