Bốn băng thông được thiết kế và điều khiển để hoạt động tại 2,4/3,5/5,0 và 5,4GHz, phù hợp với dải tần số cho các ứng dụng WLAN và WiMAX. Bộ lọc siêu cao tần bốn băng thông với kích thước nhỏ được trình bày trong bài báo này sử dụng cấu trúc cộng hưởng cộng hưởng chữ thập biến đổi kết hợp với cộng hưởng ½ bước sóng.
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử BỘ LỌC BỐN BĂNG THƠNG MẠCH DẢI KÍCH THƯỚC NHỎ SỬ DỤNG CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG CHỮ THẬP BIẾN ĐỔI KẾT HỢP VỚI CỘNG HƯỞNG ½ BƯỚC SĨNG Nguyễn Trần Quang1*, Bùi Ngọc Mỹ2 Tóm tắt: Bốn băng thơng thiết kế điều khiển để hoạt động 2,4/3,5/5,0 5,4GHz, phù hợp với dải tần số cho ứng dụng WLAN WiMAX Bộ lọc siêu cao tần bốn băng thông với kích thước nhỏ trình bày báo sử dụng cấu trúc cộng hưởng cộng hưởng chữ thập biến đổi kết hợp với cộng hưởng ½ bước sóng Khi tần số trung tâm băng thơng thứ hai cố định, tần số trung tâm băng thông thứ nhất, thứ ba thứ tư điều khiển thuận tiện việc điều chỉnh kích thước cấu trúc cộng hưởng Ngoài ra, việc sử dụng cấu trúc ghép nghiêng đối xứng 00, điểm sát với biên băng thông tạo để đạt chất lượng chọn lọc cao Từ khóa: Bộ lọc, Siêu cao tần, Cộng hưởng, Mạch dải ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, với phát triển thông tin vô tuyến hệ với nhiều ứng dụng, nhu cầu sử dụng lọc dải thông có nhiều băng tần khác ngày trở nên quan trọng Hiện nay, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu, đề xuất lọc siêu cao tần có nhiều băng thơng Một u cầu quan trọng thiết kế lọc có nhiều băng thông việc lựa chọn điều chỉnh tần số cộng hưởng băng thông đơn giản độc lập Trong báo này, nhóm tác giả đề xuất lọc siêu cao tần bốn băng thông sử dụng cấu trúc cộng hưởng mạch dải Cấu trúc cộng hưởng đề xuất kết hợp hai cấu trúc cộng hưởng bản: cấu trúc chữ thập biến đổi cấu trúc ½ bước sóng Cấu trúc cộng hưởng đề xuất tạo bốn băng thông hoạt động độc lập tần số trung tâm 2,4/3,5/5,0 5,4GHz, cho ứng dụng sử dụng công nghệ WLAN WiMAX Ưu điểm bật lọc đề xuất việc điều chỉnh, lựa chọn tần số cộng hưởng trung tâm bốn băng thông đơn giản hoàn toàn độc lập THIẾT KẾ BỘ LỌC BỐN BĂNG THÔNG VỚI CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG MỚI CÓ KHẢ NĂNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘC LẬP CÁC TẦN SỐ CỘNG HƯỞNG Hiện nay, mạch dải sử dụng phổ biến để thiết kế, chế tạo lọc siêu cao tần nhiều băng thông đơn giản, thuận tiện tính tốn, thiết kế dải tần số hoạt động Mạch dải có cấu trúc chữ thập dạng cộng hưởng sử dụng thiết kế lọc siêu cao tần [1] Cộng hưởng cấu trúc chữ thập trình bày hình 1a dạng kết hợp đoạn trục với đoạn chêm hở mạch đoạn chêm ngắn mạch điểm Đây cấu trúc đối xứng qua trục 0-0’, ta sử dụng phương pháp chế độ chẵn, lẻ để phân tích, tính tốn tần cố cộng hưởng [2], [3] Trong hình 1, L1 Z1 độ dài trở kháng nửa đường truyền đoạn mạch chính, L2 Z2 độ dài trở kháng đoạn chêm ngắn mạch, L3 Z3 độ dài trở kháng đoạn chêm hở mạch 76 N T Quang, B N Mỹ, “Bộ lọc bốn băng thông mạch dải… cộng hưởng ½ bước sóng.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ L2 Z1 L1/2 b Z2 Z1 2Z2 L1/2 L3 c 2Z3 Zin,e Zin,o L2 Z1 L2 L1 Z3 Z1 L3 2Z2 Zin,e1 L1/2 0’ d a Z1 Zin,e2 L1/2 L3 e 2Z3 Hình Phân tích chế độ chẵn, lẻ cấu trúc cộng hưởng chữ thập (a) Cấu trúc cộng hưởng chữ thập bản, (b) Chế độ lẻ, (c) Chế độ chẵn (d) Chế độ chẵn nhánh 1, (e) Chế độ chẵn nhánh Tín hiệu siêu cao tần truyền qua mạch dải phụ thuộc vào đặc tính vật lý đoạn mạch, điện áp đường truyền phụ thuộc vào vị trí điểm tiếp xúc Theo [4], trở kháng vào Zin đoạn mạch dải tính bằng: Z jZ tan l Z in Z L Z jZ L tan l (1) Với Z0 trở kháng đoạn mạch, thay tải Z L với đoạn ngắn mạch, Z L với đoạn hở mạch vào cơng thức (1) ta tính Zin chế độ chẵn, lẻ Trường hợp cộng hưởng xảy Z in , tần số cộng hưởng chế độ với trường hợp riêng Z1 = 2Z2 = 2Z3 tính [5]: c fo (2) L1 eff f e1 f e2 c 2( L1 L2 ) eff (3) c ( L1 L3 ) eff (4) Với c=3.108 m/s vận tốc ánh sáng, εeff số điện môi hiệu dụng Như vậy, mạch dải dạng cấu trúc cộng hưởng chữ thập có ba tần số cộng hưởng Trước đây, nghiên cứu lọc siêu cao tần ba băng thơng sử dụng mạch dải có cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi tương đương, nhóm tác giả có cơng trình cơng bố Tạp chí Hội thảo cơng nghệ viễn thơng quốc tế ATC 2013, trang 492-495, [6] Hình cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi với đoạn chêm hở mạch L3 cấu trúc chữ thập thay thành vòng vng có độ dài gấp đơi Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 77 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 0 Z2 L2 Z1 L1/2 Z3 L3 Z2 L2 Z3 L3 Z1 L1 0’ 0’ (a) (b) Hình Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi tương đương (a) Biến đổi đoạn chêm hở mạch L3 thành vòng vng; (b) Vòng vng xoay lên để giảm diện tích Cấu trúc cộng hưởng kết hợp cộng hưởng chữ thập biến đổi cộng hưởng ½ bước sóng trình bày hình Tần số cộng hưởng thứ tư lọc tạo hoàn toàn độc lập, tạo từ cấu trúc cộng hưởng ½ bước sóng Giá trị fλ/2 phụ thuộc vào độ dài đường truyền c với L=nλg/2 n=1,2, f / (5) g eff 0-0’ L3 L2 L1 In Out L=nλg/2 Hình Cấu trúc cộng hưởng kết hợp chữ thập biến đổi tương đương ½ bước sóng Cấu trúc kết hợp với cộng hưởng ½ bước sóng nhóm tác giả sử dụng thiết kế đề xuất lọc siêu cao tần ba băng thơng cơng bố Tạp chí Hội thảo quốc tế Việt Nam-Nhật ăng-ten truyền sóng 2014, trang 257-260, [7] Từ cơng thức (2), ngồi việc phụ thuộc vào số điện môi hiệu dụng εeff, tần số cộng hưởng fo phụ thuộc vào độ dài đoạn mạch cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi L1 Từ công thức (3) (4), tần số cộng hưởng chế độ chẵn fe1 fe2 ngồi phụ thuộc vào L1, phụ thuộc vào độ dài đoạn mạch chêm L2 L3 Theo công thức (5), tần số cộng hưởng fλ/2 phụ thuộc vào độ dài đoạn mạch cộng hưởng ½ bước sóng Với L2>0 ta có fe1L3 fo0 lựa chọn L1/2>L3 ta có fe1 fe2 Bộ lọc bốn băng thông thiết kế sử dụng kết hợp cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi với cấu trúc cộng hưởng. .. nghệ KẾT LUẬN Bài báo đề xuất kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo lọc siêu cao tần bốn băng thông mạch dải Cấu trúc cộng hưởng việc kết hợp cộng hưởng chữ thập biến đổi với cộng hưởng ½ bước sóng, lọc