Thiết kế bộ lọc thông dải siêu băng rộng băng tần kép sử dụng cấu trúc dgs

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI SIÊU BĂNG RỘNG BĂNG TẦN KÉP SỬ DỤNG CẤU TRÚC DGS Sinh viên thực Lớp : TRẦN XUÂN LỘC : 50K2 ĐTVT Niên khóa : 2010 - 2015 Giảng viên hướng dẫn :ThS NGUYỄN THỊ KIM THU NGHỆ AN 5-2015 MỤC LỤC MỤC LỤC ii LỜI CẢM ƠN v LỜI MỞ ĐẦU vi TÓM TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG MẠCH LỌC BĂNG SIÊU RỘNG 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Bộ lọc tần số 1.3 Phân loại mạch lọc tần số 1.3.1 Bộ lọc thông thấp LPF 1.3.2 Bộ lọc thông cao HPF 1.3.3 Bộ lọc thông dải BPF 1.3.4 Bộ lọc chắn dải BSF 1.4 Mạch lọc siêu cao tần với tham số phân bố 1.4.1 Một số lọc mạch lọc siêu cao tần 1.4.1.1 Bộ lọc thông thấp mạch lọc siêu cao tần 1.4.1.2 Bộ lọc thông cao mạch lọc siêu cao tần 1.4.1.3 Bộ lọc thông dải mạch lọc cao tần 10 1.4.2 Các tham số mạng siêu cao tần 12 1.4.2.1 Ma trận tán xạ S 14 1.4.2.2 Ma trận trở kháng Z dẫn nạp Y 15 1.4.2.3 Ma trận truyền đạt ABCD 16 1.5 Mạch lọc Băng siêu rộng 17 1.5.1 Các quy chuẩn 19 1.5.1.1 Mĩ 19 ii 1.5.1.2 Châu Âu 20 1.5.2 Mô tả viễn cảnh ban đầu 20 1.5.3 Dữ liệu có sẵn 22 1.5.4 Tính tốn lọc lý tưởng 25 1.5.5 Các Khái Niệm Cơ Bản Của Các Bộ Lọc 26 1.5.6 Bộ Lọc Thông Thấp Thử Nghiệm 27 1.5.6.1 Phép biến đổi thông thấp 28 1.5.6.2 Phép biến đổi cao tần 29 1.5.6.3 Phép biến đổi thông dải 29 1.5.6.4 Phép biến đổi ban chắn 30 1.5.7 Phản Hồi Chebyshev 31 1.6 Kết luận chương 32 CHƯƠNG CÁC CẤU TRÚC MẠCH LỌC SIÊU CAO TẦN 33 2.1.Giới thiệu chương 33 2.2.Mạch lọc vi dải 33 2.2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải 33 2.2.2 Cấu trúc trường đường truyền vi dải 33 2.3.Mạch lọc vi dải DMS 34 2.4.Mạch lọc cấu trúc DGS 38 2.4.1 Cấu trúc đặc tính dẫn truyền 39 2.4.2.Cấu trúc DGS đơn 40 2.4.3 DGS chu kỳ 41 2.5.Cấu trúc lọc DGS kết hợp DMS 42 2.6.Cấu trúc lọc DGS kết hợp DMS, cấu trúc đào hình chữ π 46 2.6.1 Cấu trúc đào hình π đặc tính cộng hưởng 46 2.6.2 Thiết kế lọc chắn dải 47 2.6.3 Kết đo lường 48 2.7.Kết luận chương 49 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỌC THÔNG DẢI UWB, SỬ DỤNG CẤU iii TRÚC DGS (DEFECTED GROUND STRUCTURE) 50 3.1.Giới thiệu chương 50 3.2.Phần mềm HFSS 50 3.3.Kỹ thuật băng tần kép Error! Bookmark not defined 3.4.Bài toán thiết kế mạch lọc UWB, băng kép sử dụng cấu trúc DGS 52 3.4.1.Tổng quan 52 3.4.2 Đặc tính tế bào (cell) DGS 53 3.4.3 Thiết kế lọc băng kép 57 3.4.4 Cải thiện phổ 58 3.4.5 Thảo luận 60 3.5 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iv LỜI CẢM ƠN Được phân công Khoa Điện tử - Viễn thông trường đại học Vinh đồng ý giáo viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Thị Kim Thu em thực đề tài “ Thiết kế lọc thông dải siêu băng rộng băng tần kép sử dụng cấu trúc DGS” Có luận văn tốt nghiệp cuối khóa này, với nỗ lực thân, em nhận giúp đỡ to lớn q báu thầy, giáo khoa sau Điện tử Viễn thông, đặc biệt giúp đỡ ThS Nguyễn Thị Kim Thu Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Kim Thu thời gian qua nhiệt tình giúp đỡ em để hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cùng với em xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử Viễn thơng nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy, bảo giúp đỡ em suốt trình học tập, rèn luyện trường đại học Vinh Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song hạn chế thời gian lực nên chắn tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận thơng cảm góp ý thầy giáo, giáo bạn để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn v LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, so với lĩnh vực truyền thông, thông tin vơ tuyến có tăng trưởng nhanh chóng Xu hướng sử dụng thiết bị di động để truy cập dịch vụ internet với tốc độ cao Một hướng vấn đề sử dụng công nghệ Băng siêu rộng (UWB) Cơng nghệ cho phép kết nối vơ tuyến có tốc độ cao kết nối vô tuyến khác Đây công nghệ đánh giá nhiềm tiềm ứng dụng cao Và với xu thiết bị vơ tuyến hoạt động nhiều tần số, thành phần anten, lọc, ghép đề xuất để hoạt động hai nhiều tần số Vì lí trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp “Thiết kế lọc mạch lọc thông dải UBW, băng tần kép sử dụng cấu trúc DGS” Nội dung đồ án gồm chương: - Chương 1: Mạch lọc băng thơng siêu rộng (UWB) Chương trình bày lý thuyết về lọc tần số, phân loại lọc, cấu trúc ứng dụng viễn thơng Trong chương tập trung tìm hiểu mạch lọc băng siêu rộng - Chương 2: Các cấu trúc mạch lọc siêu cao tần Chương giới thiệu tổng quan cấu trúc đường truyền vi dải, kĩ thuật khắc DGS khắc - DMS Đồng thời trình bày số cấu trúc lọc, cấu trúc lọc DGS kết hợp với DMS, cấu trúc lọc DGS kết hợp với đường truyền vi dải Chương 3: Thiết kế mạch lọc thông dải UBW, băng tần kép sử dụng cấu trúc DGS Chương trình bày tốn thiết kế mơ mạch lọc thơng dải sử dụng cấu trúc DGS Trong chương lọc thông dải UWB băng tần kép đề xuất cộng hưởng DGS xây dựng khối lọc Đồ án nghiên cứu lý thuyết chung mạch lọc siêu băng rộng (UWB) Thiết kế mô thành công mạch lọc thông dải, băng kép hoạt động băng UWB sử dụng cấu trúc DGS kết hợp vi dải Sinh viên thực Trần Xuân Lộc vi TÓM TẮT Đồ án trình bày cấu trúc lọc siêu băng rộng với tần số hoạt động riêng biệt thiết kế nhỏ gọn Cấu trúc bao gồm đường vi dải hai tế bào cấu trúc khắc mặt đất nhúng với Mỗi tế bào cho kết dải thơng tương ứng, tế bào bên ngồi cho dải thông tế bào bên cho dải thông thứ hai Bằng cách thay đổi kích thước cộng hưởng tần số trung tâm hai dải phổ điều chỉnh độc lập phạm vi rộng Một lọc băng tần kép thông dải tần số trung tâm 2.4GHz 3.8GHz thiết kế mô ABSRACT This thesis show a structure for designing compact and ultra wideband filter with independently controlled central frequencies The structure have a microstrip line and two defected ground structure that are imbedded together A cell outer for the first passband and one for the second passband By changing size of the resonators the central frequency of two passbands can be change regulated in a wide range A 2.4GHz and 3.8GHz dual band filter is designed and simulated vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Đặc tính chắn dải DMS sử dụng đường truyền vi dải 50 35 Bảng 3.1 Kích thước cấu trúc lọc dải chắn DGS với khớp nối đối xứng 54 Bảng 3.2 Kích thước vật lý lọc thông dải DGS đề xuất 57 Bảng 3.3 Kích thước tối ưu lọc thông dải băng kép DGS ba phần đề xuất 59 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đáp ứng tần số ký hiệu sơ đồ khối lọc Hình 1.2 Sơ đồ khối máy thu phát vô tuyến song công Hình 1.3 Biểu đồ đáp ứng số mạch lọc Butterworth bậc điển hình… Hình 1.4 Biểu đồ đáp ứng biên tần cuả mạch lọc thơng thấp chebyshev………… Hình 1.5 Bộ lọc thông thấp lý tưởng Hình 1.6 Đáp ứng Butterworth đáp ứng Tschebys-cheff mạch lọc thơng cao tích cực Hình 1.7 Bộ lọc thông cao lý tưởng Hình 1.8 Bộ lọc thơng dải lý tưởng Hình 1.9 Bộ lọc chắn dải lý tưởng Hình 1.10 Sơ đồ mạch lọc hai cửa với hệ số truyền đạt hệ số phản xạ Hình 1.11 Đáp ứng tần mạch lọc thông thấp bậc Hình 1.12 Mạch lọc thơng thấp dạng bậc thang với linh kiện tham số tập trung Hình 1.13 Sơ đồ mạch lọc thơng dải hình bậc thang Hình 1.14 Đồ thị tổn hao xen theo tần số mạch lọc thông dải 10 Hình 1.15 Sơ đồ khối biến đổi trở kháng (a) biến đổi dẫn nạp (b) 15 Hình 1.16 Biến đổi tương đương thành phần trở kháng nối tiếp dẫn nạp song song sử dụng biến đổi: a )trở kháng (K); b) dẫn nạp (J) 11 Hình 1.17 Mạch lọc thơng dải sử dụng biến đổi trở kháng 12 Hình 1.18 Mạch lọc thơng dải sử dụng biến đổi dẫn nạp 12 Hình 1.19 Mạng cao tần hai cửa (bốn cực) 13 Hình 1.20 Mạng hai cửa nối tầng mạng hai cửa tương đương 16 Hình 1.21 Giới hạn phát xạ cho ứng dụng UWb nhà Mỹ…………………19 Hình 1.22 Bức xạ giới hạn cho ứng dụng UWB nhà Châu âu 20 Hình 1.23 Hệ thống truyền dẫn Băng siêu rộng 20 Hình 1.24 Phổ Tín Hiệu 21 Hình 1.25 Anten 21 Hình 1.26 Output 21 Hình 1.27 Xung dạng sóng theo thời gian 22 ix Hình 1.28 Cơng suất xung bình thường 22 Hình 1.29 Hàm truyền đo anten Vivaldi hướng tia chính, thành phần đồng cực 22 Hình 1.30 Hàm truyền đo anten Bow-tie hướng tia chính, thành phần đồng cực 22 Hình 1.31 Hàm truyền đo 24 Hình 1.32 Anten Bow-tie (trái) Anten Vivaldi 24 Hình 1.23 Vivaldi FCC 25 Hình 1.34 Bow-tie EC 25 Hình 1.35 Vivaldi EU 25 Hình 1.36 Bow-tie EU 25 Hình 1.37 Bộ lọc thông thấp thử nghiệm 27 Hình 1.38 Sự biến đổi n lẻ 27 Hình 1.39 Bộ lọc thơng thấp thử nghiệm 27 Hình 1.40 Sự biến đổi n lẻ 28 Hình 1.41 Hồi đáp thông thấp Butterworth 31 Hình 1.41 Hồi đáp thơng thấp Chebyshev 31 Hình 2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải 33 Hình 2.2 Giản đồ trường đường vi dải 34 Hình 2.3 Defected microstrip structures DMS 34 Hình 2.4 Mơ thơng số S đường truyền vi dải với đơn vị DMS 35 Hình 2.5 Mô thông số S so sánh DMS1 DMS2 35 Hình 2.6 Bộ lọc chắn dải đơn băng với DMS 36 Hình 2.7 Đáp ứng tần số lọc chắn dải 36 Hình 2.8 Cấu trúc mạch tương đương lọc chắn dải băng kép ba băng với DMS b khác nhau, i = 36 Hình 2.9 Mơ đáp ứng tần số lọc chắn dải a = 0.4 mm, c = mm, d =0.3 mm, e = 0.6 mm 37 Hình 2.10 Mơ đáp ứng tần số lọc chắn dải ba băng a = 0.4 mm, c = 1mm, d = 0.3 mm, e = 0.6 mm 37 Hình 2.11 Mối quan hệ tần số hoạt động tham số b a = 0.4 mm c = mm, x CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỌC THÔNG DẢI UWB, BĂNG TẦN KÉP,SỬ DỤNG CẤU TRÚC DGS (DEFECTED GROUND STRUCTURE) 3.1 Giới thiệu chương Chương trình bày tốn thiết kế mô mạch lọc thông dải sử dụng cấu trúc DGS Trong chương lọc thông dải UWB băng tần kép đề xuất cộng hưởng DGS xây dựng khối lọc Các cấu trúc bao gồm đường vi dải hai tế bào cấu trúc khắc mặt đất nhúng với Mỗi tế bào cho kết dải thơng tương ứng, tế bào bên ngồi cho dải thông tế bào bên cho dải thông thứ hai 3.2 Phần mềm HFSS Phần mềm mô trường điện từ HFSS 11 (Ansoft High Frequency Structure Simulator) phần mềm mô dùng để giải trường điện từ dựa phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) toàn song cho cấu trúc ba chiều HFSS sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tồn sóng ba chiều để tính tốn đặc trưng điện học linh kiện tần số cao tóc độ cao Với HFSS, kỹ sư tách tham số kí sinh (S, Y, Z), hình dung trường điện từ ba chiều (trường khu gần trường khu xa) tạo mẫu chương trình mơ chun dùng cho mạch in ( SPICE – Simulation Program With Integrated Circuit Emphais), thực thiết kế tố ưu HFSS mơ tả xác hoạt động điện linh kiện đánh giá hiệu chất lượng tín hiệu, bao gồm tổn hao đường truyền, tổn hao phản xạ không phối hợp trở kháng, đối ngẫu kí sinh, phát xạ HFSS mơ phổng trường điện từ, dịng điện phát xạ cấu trúc ba chiều bao gồm kim loại, điện môi, vật liệu từ … dựa phương pháp phần tử hựu hạn ba chiều HFSS sử dụng rộng rãi công nghiệp cho tần số vô tuyến RF, anten thiết kế mạch Theo www.ansoft.com, HFSS phần mềm chuẩn công nghiệp cho việc tách tham số S chương trình mơ chun dùng cho mạch in tồn 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 50 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…HFSS phần họ sản phẩm Ansoft 3.3 Kỹ thuật băng tần kép Với phát triển hệ thống truyền thơng khơng dây ngày có nhiều nhiều nhu cầu cho lọc vi sóng băng tần kép Khái niệm lọc băng tần kép bước đầu giới thiệu cách trực tiếp tầng hai lọc riêng biệt với hai băng tần đơn lẻ Có nghĩa thiết bị sử dụng trang bị lọc băng tần kép hoạt động song song hai băng tần cho phép Phát triển gần hệ thống truyền thống không dây yêu cầu (RF) thiết bị tần số vô tuyến thao tác đa dạng, dải tần riêng biệt Bộ lọc băng tần kép trở thành thành phần đầu vào hệ thống không dây nghiên cứu nhiều tài liệu Ví dụ,IEEE 802.11a/b/g mạng khơng dây cục hoạt động 2.4/5.2GHz băng tần kép Việc sử dụng dải băng tần đối mặt với nguy tải, bị nhiễu, chí nghẽn mạng lý ngày nhiều thiết bị hỗ trợ sử dụng song song băng tần Băng tần kép có ưu điểm khơng bị xun nhiễu từ thiết bị khác Phần lớn thiết bị khơng dây sử dụng gia đình văn phịng điện thoại khơng dây, thiết bị Bluetooth, lị vi sóng, thiết bị giám sát trẻ em, hệ thống cảnh báo, loa không dây thiết bị khác sử dụng tín hiệu vơ tuyến tần số 2.4GHz, nên thường xảy tượng xuyên nhiễu Ngược lại mạng hoạt động tần số 5GHz tránh tất vấn đề xuyên nhiễu từ thiết bị khơng dây kể Ngồi giảm đơng đúc mạng khác Song song với việc hạn chế nhiễu sử dụng băng tần 2.4 5GHz giảm tải nhiều nơi thường xuyên sảy tượng tải văn phòng khu dân cư động đúc Tăng băng thông tốc độ truy cập cải thiện đáng kể Điều dĩ nhiên hai băng tần băng thơng tốc độ tăng lên, sử dụng đồng thời người sử dụng có băng thơng tổng cộng băng tần Có thể sử dụng đồng thời hai băng tần Nếu thiết bị lúc nhận kết nối 2.4GHz 5GHz tốc độ 300Mbps Giống hai thiết bị không dây một, thiết bị cho phép người dùng chạy ứng dụng thời gian dài, chẳng hạn 51 email lướt web sử dụng băng tần 2.4GHz tốc độ 300Mbps, sử dụng băng thông nhiều, nhạy độ trễ xem video HD chơi trị chơi trực tuyến sử dụng lúc băng tần 5GHz tốc độ 300Mbps Mặt khác, tồn nhược điểm thiết bị hỗ trợ chưa nhiều giá thành cao Do yếu tố công nghệ giá thành mà thiết bị hỗ trợ hai băng tần chưa nhiều, phần đa hoạt động dải tần, thiết bị cao cấp có hỗ trợ băng tần kép Các thiết bị sử dụng muốn sử dụng hai băng tần phải trang bị thiết bị hỗ trợ Phạm vi phủ sóng băng tần khác Tần số cao độ suy hao tín hiệu theo khoảng cách lớn Chính thiết bị mạng 5GHz có phạm vi phủ sóng nhỏ thiết bị 2.4 GHz 3.4 Bài toán thiết kế mạch lọc UWB, băng kép sử dụng cấu trúc DGS 3.4.1 Tổng quan Phát triển gần hệ thống không dây xuất thiết bị tần số vô tuyến hoạt động nhiều dải tần số Ví dụ, hệ thống tồn cầu cho hệ thống thông tin di động (GSM) đa truy cập mã không dây phân chia (WCDMA) phải nhận truyền tín hiệu 900 MHz 1800M Hz Mạng LAN không dây IEEE 802.11a IEEE 802.11b nên hoạt động ISM 2.4 & 5GHz GPS nên hoạt động 1.57 GHz Như vậy, nhiều thành phần anten,bộ ghép hay lọc đề xuất để hoạt động hai nhiều tần số Trong số lọc bandpass hai băng tần chìa khóa thành phần hệ thống RF Chúng ta nên lưu ý rằng, điều quan trọng để thiết kế cấu trúc mà có kích thước tối thiểu, suy hao xen thấp tính chọn lọc cao Khái niệm lọc băng kép đề cập đến [4] kết hợp lọc riêng biệt Nhưng cấu trúc đòi hỏi mạng trở kháng phù hợp thêm đầu vào đầu lọc chiếm kích thước lớn Phương pháp khác sử dụng cộng hưởng trở kháng bước Hai tần số cộng hưởng cấu trúc kiểm sốt tỷ lệ trở kháng chiều dài điện hai phần Bởi có tham số để kiểm sốt băng tần thứ 2, khó để thiết kế hai dải phổ liền kề chúng có suy hao xen lớn Một lọc băng kép kỹ thuật LTCC đề xuất, lọc thông dải hai băng đơn kết hợp nhau, lọc có đầu vào đầu riêng mạng ngắn mạch bổ sung cần thiết để kết hợp chúng Mặc dù nhiều nghiên cứu thực thiết kế lọc băng kép có hạn chế thiết kế khơng thể khắc phục hồn tồn Đối với hầu hết cấu trúc khó khan để thực lọc băng kép Băng siêu rộng (UWB) Mặt khác, số số lọc băng kép chọn lọc cao, với hồi đáp cho hai điểm cắt zero cho băng đề xuất 52 Tuy nhiên, thử nghiệm giao sử dụng cell DGS để xây dựng khối ngắn mạch viba Vì có q nhiều thơng số thiết kế độ nét, khoảng cách, số cell vv thủ tục thiết kế khó khăn Trong chương này, lọc thông dải băng kép đề xuất cộng hưởng DGS xây dựng khối lọc Các cấu trúc bao gồm hai cộng hưởng nhúng nhúng bên cộng hưởng, điều khiển băng tần thứ hai vịng ngồi, điều khiển băng thứ Để thiết kế lọc băng kép, hai lọc thông dải riêng lẻ thiết kế Bằng cách thay đổi kích thước cell, đặc tính lọc điều khiển 3.4.2 Đặc tính tế bào (cell) DGS Hình 3.1 mơ tả tế bào DGS với đường truyền vi dải thiết kế Chiều rộng đường line nên chọn cho trở kháng đặc trưng 50 Ω, thấy khắc mặt đất, số điện mơi tác động εre đường vi dải tăng lên đặc tính trở kháng lớn 50Ω Vì vậy, đối phù hợp với đường vi dải đến cổng, cho chiều rộng đường lên phía mục DGS phải tăng lên, nên kết nối hai đường với trở kháng đặc trưng 50 Ω hai cổng cấu trúc Chất với số điện môi 6.15, suy hao tiếp xúc 0,0019 độ dày 0,72 mm xem xét Để nghiên cứu tần số hồi đáp tế bào DGS, mơ phần mêm HFSS Các kích thước cấu trúc trình bày bảng 3.1 Kích thước theo mm (a) (b) Hình 3.1 Giao diện lọc dải chắn (a) mặt phẳng đất sử dụng cộng hưởng DGS với khớp nối đối xứng (b) đường truyền vi dải 53 Hình 3.2: Mặt phẳng đất sử dụng cộng hưởng DGS với khớp nối đối xứng thực với phần mềm HFSS Bảng 3.1: Kích thước cấu trúc lọc dải chắn DGS với khớp nối đối xứng l1 l2 w1 w2 2.5 2.5 0.15 a b wp wl 0.3 2.4 Hình 3.3 minh họa hồi đáp mơ cấu trúc bậc hai cộng hưởng tương đương kết nối với qua đường truyền Phản hồi băng chắn cấu trúc biểu thị hai thăm dò băng chắn hai cộng hưởng ghép với 54 Bởi kết nối chặt chẽ nó, cấu trúc hiển thị rõ nét hơn, ngồi tế bào DGS có khả mà gắn thêm cộng hưởng khác, để thiết kế lọc băng kép chặt chẽ Hình 3.3 Mơ thơng số đặc trưng S lọc băng chắn DGS với khớp nối đối xứng Bằng cách ăn mòn khoảng trống đường vi dải, hồi đáp băng chắn lọc chuyển đổi sang dải thông với tần số trung tâm tương tự Cấu trúc minh họa hình 3.4, kích thước minh họa e=1.8mm, d=0.25mm g=0.4mm Hình 3.4 Sơ đồ đường truyền với khe hở Hồi đáp mô lọc hiển thị hình 3.5 với tần số trung tâm lọc 2.4 55 Hình 3.5 Mơ S-thông số đặc trưng lọc thông dải DGS sử dụng đường truyền với khe hở Bằng cách thay đổi kích thước tế bào DGS, tần số trung tâm lọc thơng dải thay đổi dễ dàng Bây giờ, sử dụng cấu trúc DGS để thiết kế lọc băng kép Nhưng cấu trúc đề cập trên, giao diện vấn đề lớn cần thiết rút ngắn kích thước tế bào cho băng tần thứ khoảng trống (w2) giới hạn thấp hạn chế cơng nghệ Do đó, ta cần đề xuất tế bào DGS mới, với phần uốn khúc Các đường uốn khúc, dẫn đến gia tăng đường dẫn tại, bù đắp ảnh hưởng gây gia tăng khoảng cách Các tế bào đề xuất phản ứng minh họa hình 3.6, hình 3.7 hình 3.8 tương ứng Tần số trung tâm lọc thơng dải 3.8 GHz Các kích thước cấu trúc lập bảng bảng 3.2 Hình 3.6 Sơ đồ mặt phẳng mặt đất lọc thơng dải DGS đề xuất 56 Hình 3.7 Sơ đồ mặt phẳng mặt đất lọc thông dải DGS đề xuất mô HFSS Bảng 3.2 Kích thước vật lý lọc thơng dải DGS đề xuất l1’ l2’ w1’ w2’ 2.8 1.3 0.1 a' b’ wm lm 0.1 0.05 0.3 0.3 Hình 3.8 Mơ thơng số S đặc trưng lọc thông dải DGS đề xuất 3.4.3 Thiết kế lọc băng kép Để thiết kế lọc băng kép, nên thiết kế hai lọc thông dải đơn tần số mong muốn vào cấu trúc nêu Nó có nghĩa nên sử 57 dụng cấu trúc hình 3.1 cho băng tần cấu trúc hình 3.6 cho băng tần thứ hai Do thiết kế hai lọc với tần số trung tâm 2.4 3.8 Kích thước lọc theo Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bây giờ, hai lọc kết hợp với Các kết mô lọc băng kép minh họa hình 3.10 Hình 3.9 Sơ đồ mặt phẳng mặt đất lọc thông dải băng kép DGS đề xuất mơ HFSS Hình 3.10 Mô S-thông số đặc trưng lọc thông dải băng kép DGS đề xuất 3.4.4 Cải thiện phổ Trong kết mơ Hình 3.9, thấy dải chắn loại trừ hai băng tần 30dB ngồi độ sắc nét hai băng tốt Vì vậy, bước cuối tiến hành cải thiện kết lọc, bước cuối Do đó, đề xuất cấu trúc với tách biệt 9.8mm, bao gồm tầng kết nối ba tế bào 58 Các sơ đồ cấu trúc minh họa hình 3.10, hình 3.11 mơ kết hiển thị hình 3.12 dải chắn loại trừ hai dải phổ 40 dB độ sắc nét hai băng tần cải thiện Băng thông dải tần 43.3% dải tần thứ hai 14,8 % Các thông số kích thước tối ưu hóa trình bày bảng Bảng 3.3 Kích thước tối ưu lọc thông dải băng kép DGS ba phần đề xuất l1 l2 w1 w2 2.1 2.3 0.15 l1’ l2’ w1’ w2’ 1.1 2.7 1.3 0.1 a b a' b’ 1.8 0.1 0.1 0.05 wm lm wp wl 0.3 0.3 2.3 d e g 0.25 1.8 0.4 Hình 3.11 Xem sơ đồ mặt phẳng đất lọc siêu băng rộng băng tần kép DGS với cộng hưởng phối hợp mơ HFSS 59 Hình 3.12 Xem sơ đồ mặt phẳng đất lọc siêu băng rộng băng tần kép DGS với cộng hưởng phối hợp Hình 3.13.Tham số đặc trưng S lọc thông dải băng kép với cộng hưởng phối hợp đề xuất Có thể thấy hồi đáp băng kép, băng tần giống đáp ứng lọc đơn tần tương ứng, dải tần độc lập với Ngoài ra, cấu trúc băng rộng hai băng tần Như thấy hình 10, thay đổi dải tần thứ lọc dải tần thứ không thay đổi Ở cấu trúc II, w1 ,w2 , l1 thay đổi thành 1.1, 0.1, 1.1 mm tương ứng Và cấu trúc III, w2 thay đổi thành 0.09mm 3.4.5 Thảo luận Sau chương này, biết cách thiết kế lọc băng kép cách sử dụng cấu trúc cắt mặt đất Để từ nghiên cứu phát triển để thiết 60 kế lọc thu nhiều băng tần đồng thời giảm kích thước chúng 3.5 Kết luận chương Trong chương này, phương pháp để thiết kế băng tần kép đề xuất Phương pháp dựa thiết kế hai loại tế bào cấu trúc cắt mặt đất Mỗi phần số chúng nhận dải tần truyền mong muốn Bằng cách nhúng hai tế bào này, lọc nhỏ gọn băng tần kép đạt Qua thay đổi kích thước tế bào, hai dải thơng tần số điều chỉnh độc lập Nó trình bày, ba phần tế bào DGS, siêu băng rộng, băng tần kép nhận thấy cung cấp tốt từ chối hai băng tần truyền có độ chọn lọc cao suy hao xen thấp 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Mạch lọc băng siêu rộng (UWB) nghiên cứu phát triển rộng rãi giới Những phát triển gần hệ thống không dây làm xuất thiết bị vô tuyến hoạt động nhiều dải tần số riêng biệt Mạch lọc băng tần kéo hoạt động dải UWB thành phần chìa khóa cơng nghệ băng tần kép Đồ án trình bày kiến thức mạch lọc băng tần siêu rộng, cấu trúc lọc UWB như: DGS ( Defected ground structure), DMS ( Defected microtrip structure), cấu trúc vòng cộng hưởng hay DGS kết hợp DMS Cuối đồ án thiết kế mô thành công mạch lọc thông dải UWB băng tần kép sử dụng cấu trúc DGS hoạt động hai tần số trung tâm 2.4 GHz 3.8 GHz Hướng phát triển đồ án nghiên cứu sâu lý thuyết tính tốn mạch lọc băng siêu rộng thực thi mạch thật, so sánh đánh giá kết 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Trung, “Xử lý số tín hiệu”, NXB Giáo Dục, 2007 [2] Kiều Khắc Lâu, “Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần”, NXB Giáo Dục, 2006 [3] S Wu and B Razavi, “A 900-MHz/1.8-GHz CMOS receiver for dualband applications,” IEEE.J Solid-State Circuits, vol 33, no 12, pp 2178–2185, Dec 1998.Soc London, vol A247, pp 529–551, April 1955 [4] Tirado- Mendez., A., Jardon-Aguilar., Flores-Leal, “ Improving frequency response of microstrip filters using defected ground and defected microstrip structures” Prog Electromagn Res 13, 77-90 (2010).[11] Vũ Đình Thành, “Mạch Siêu Cao Tần”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1999 [5] Ahn, D., Park, Qian, Y., Itoth, “ A design of the lowpass filter using the novel microstrip defected ground structure”, IEEE Trans, Microw, Theory Tech, 49 (1), 86-93 (2001) [6] Chen, J.-X, Li, J –L, Wan, K.-C, Xue, Q “Compact quasi-elliptic function filter based on defected ground structure” IEE Proc., H Microw, Antennas Propag, 153 (4),320-324 (2006) [7].Dong-Sheng La, Wei-Hong-Han and Jin-Ling Zhang, “Compact Band-stop filters using π- shape DGS and π- shape DMS ” Microwave and optical technology letters / vol.56 No 11 November 2014 [8].Kim, Park, J.S, Ahn, D., Lim., J.B, “A novel one dimensional periodic defected ground structure for planar circuits” IEEE Trans.Microw Guided Wave Lett 10(4), 131-133 (2000) [9] M H Weng, C Y Huang, H W Wu, K Shu, and Y K Su, “Compact dual-band bandpass filter with enhanced feed coupling structures,”microwave, Opt Technol Lett., vol 49, no 1, pp 171–173, Jan 2007 [10] R G Garcia, M S Renedo, and B Jarry, J Lintignat and B Barelaud, “A class of microwave transversal signal-inteerference dual-band plannr filters, ” IEEE Microw Wireless Compon Lett., vol 19, no.3, pp.158-160, Mar 2009 63 ... khắc DGS khắc - DMS Đồng thời trình bày số cấu trúc lọc, cấu trúc lọc DGS kết hợp với DMS, cấu trúc lọc DGS kết hợp với đường truyền vi dải Chương 3: Thiết kế mạch lọc thông dải UBW, băng tần kép. .. tần kép sử dụng cấu trúc DGS Chương trình bày tốn thiết kế mơ mạch lọc thông dải sử dụng cấu trúc DGS Trong chương lọc thông dải UWB băng tần kép đề xuất cộng hưởng DGS xây dựng khối lọc Đồ án... Hình 1.8 Bộ lọc thơng dải lý tưởng a) Đồ thị đáp ứng tần số b) Dải thông dải chắn lọc 1.3.4 Bộ lọc chắn dải BSF Bộ lọc chắn dải BSF ngược lại lọc thông dải, lọc chắn dải lọc cho phép tần số nằm