Thiết kế bộ lọc thông dải sử dụng dgs (defected ground structure) và dms (defected microstrip structure)

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 SỬ DỤNG DGS (DEFECTED GROUND STRUCTURE) VÀ DMS (DEFECTED MICROSTRIP STRUCTURE) Sinh viên thực hiện: Lớp: NGUYỄN CƠNG BẰNG 51K2 ĐTVT Niên khóa: 2010 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ KIM THU NGHỆ AN- 1-2015 i MỤC LỤC MỤC LỤC ii LỜI MỞ ĐẦU iv TÓM TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi Chương 1: BỘ LỌC TẦN SỐ VÀ VAI TRÒ CỦA BỘ LỌC TẦN SỐ TRONG VIỄN THÔNG 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Bộ lọc tần số 1.3 Sự phát triển mạch lọc tần số 1.4 Phân loại lọc 1.4.1 Bộ lọc thông thấp LPF 1.4.2 Bộ lọc thông cao HPF 1.4.3 Bộ lọc thông dải BPF 1.4.4 Bộ lọc chắn dải BSF 1.5 Mạch lọc cao tần với tham số phân bố 1.5.1 Một số lọc mạch lọc siêu cao tần 1.5.1.1 Bộ lọc thông thấp mạch lọc siêu cao tần 1.5.1.2 Bộ lọc thông cao mạch lọc siêu cao tần 11 1.5.1.3 Bộ lọc thông dải mạch lọc cao tần 12 1.5.2 Các tham số mạng siêu cao tần 15 1.5.2.1 Ma trận tán xạ S 16 1.5.2.2 Ma trận trở kháng Z dẫn nạp Y 17 1.5.2.3 Ma trận truyền đạt ABCD 18 1.6 Kết luận chương 20 Chương 2: DGS (Defected Ground Structure) VÀ DMS (Defected Microstrip Structure) TRONG BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN 21 2.1 Giới thiệu chương 21 ii 2.2 Đường truyền vi dải 21 2.2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải 21 2.2.2 Cấu trúc trường đường truyền vi dải 22 2.3 DMS (Defected Microstrip Tructure) cấu trúc lọc DMS 22 2.4 DGS (Defected Ground Tructure) số cấu trúc DGS 27 2.4.1 Cấu trúc đặc tính dẫn truyền 28 2.4.2 Cấu trúc DGS đơn 29 2.4.3 DGS chu kỳ 30 2.5 Cấu trúc lọc DGS kết hợp đường truyền vi dải 31 2.6 Cấu trúc lọc DGS kết hợp DMS, cấu trúc đào hình chữ π [3] 35 2.6.1 Cấu trúc đào hình π đặc tính cộng hưởng 35 2.6.2 Thiết kế lọc chắn dải 36 2.6.3 Kết đo lường 37 2.7 Kết luận chương 38 Chương 3: THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI SỬ DỤNG DGS (Defected Ground Structure) VÀ DMS (Defected Microstrip Structure) 39 3.1 Giới thiệu chương 39 3.2 Giới thiệu cấu trúc lọc sử dụng DGS DMS 39 3.3 Giới thiệu sơ lược phần mềm HFSS 40 3.4 Thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS 43 3.5 Khảo sát thay đổi tham số 43 3.5.1 Thay đổi tham số cách thay đổi khoảng cách khe g 44 3.5.2 Thay đổi tham số cách thay đổi khoảng cách khe s 46 3.5.3 Thay đổi tham số chiều dài nhánh a, độ rộng nhánh t 48 3.6 Kết thiết kế Error! Bookmark not defined 3.7 Kết luận chương Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 544 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iii LỜI CẢM ƠN 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 Em xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử Viễn thông giảng dạy, bảo giúp đỡ em hồn thành chương trình đào tạo iv LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển công nghệ truyền thông không dây nay, để đáp ứng yêu cầu cải thiện hiệu suất lọc RF cần thiết ứng dụng để ngăn chặn tín hiệu khơng mong muốn sóng vi dải cho phép tín hiệu có ích qua lọc ngày sử dụng rộng rãi Đồ án nghiên cứu, thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS (Defected Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) để tạo lọc thông dải tốt Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Bộ lọc tần số vai trị lọc tần số viễn thơng Chương 2: DGS (Defected Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) lọc siêu cao tần Chương 3: Thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS (Defected Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) Do 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 hồn chỉnh Sinh viên thực Nguyễn Công Bằng v TÓM TẮT Một khái niệm cho việc thiết kế lọc thơng dải điều chỉnh thơng số (tunable bandpass filter) giới thiệu với trợ giúp đường truyền vi dải, cấu trúc khắc bề mặt đất (DGS:) cấu trúc khắc đường đường truyền vi dải (DMS:… ) Bằng cách sử dụng khái niệm này, lọc có tần số trung tâm 8Ghz thực cho ứng dụng hệ thống viễn thông băng X (8,0– 12,0 GHz) Cấu trúc lọc mô phần mềm HFSS Kết mô đồ án nghiên cứu [7] có tương đồng ABSRACT In this present work a novel concept for designing of tunable bandpass filter has been introduced with the help of end coupled microstrip truyền dẫn line, defected ground structure(DGS) and defected microstrip structure(DMS) Utilizing this concept, one bandpass filter of GHz center frequency has been implemented for the applications of X-band communication systems (8,0–12,0 GHz) The structure has been simulated with HFSS simulator The simulated result and result in [7] provides good agreement vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Đặc tính chắn dải DMS sử dụng đường truyền vi dải 50 24 Bảng 3.1 Các thông số khác thay đổi g 45 Bảng 3.2 Các thông số khác g thay đổi [7] 45 Bảng 3.3 Các thông số khác thay đổi S 48 Bảng 3.4 Các thông số khác thay đổi S [7] 48 Bảng 3.5 Các thông số khác thay đổi a 50 Bảng 3.6 Các thông số khác thay đổi a[7] 50 Bảng 3.7 Các thông số khác thay đổi t 52 Bảng 3.8 Các thông số khác thay đổi t[7] 52 vii 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 10 Hình 1.12 Mạch lọc thơng thấp dạng bậc thang với linh kiện tham số tập trung 10 Hình 1.13 Sơ đồ mạch lọc thơng dải hình bậc thang 12 Hình 1.14 Đồ thị tổn hao xen theo tần số mạch lọc thơng dải 12 Hình 1.15 Sơ đồ khối biến đổi trở kháng (a) biến đổi dẫn nạp (b) 13 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) 13 Hình 1.17 Mạch lọc thơng dải sử dụng biến đổi trở kháng [1] 14 Hình 1.18 mạch lọc thơng dải sử dụng biến đổi dẫn nạp 14 Hình 1.19 Mạng cao tần hai cửa (bốn cực) 15 Hình 1.20 Mạng hai cửa nối tầng mạng hai cửa tương đương 19 Hình 2.1 cấu trúc đường truyền vi dải 21 Hình 2.2 Giản đồ trường đường vi dải 22 Hình 2.3 Defected microstrip structures DMS 23 Hình 2.4 Mơ thơng số S đường truyền vi dải với đơn vị DMS 23 Hình 2.5 Mơ thơng số S so sánh DMS1 DMS2 23 Hình 2.6 Bộ lọc chắn dải đơn băng với DMS 24 Hình 2.7 Đáp ứng tần số lọc chắn dải 25 viii Hình 2.8 Cấu trúc mạch tương đương lọc chắn dải băng kép ba băng với DMS b khác nhau, i = 25 Hình 2.9 Mô đáp ứng tần số lọc chắn dải a = 0.4 mm, c = mm, d = 0.3 mm, e = 0.6 mm 25 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 26 Hình 2.11 Mối quan hệ tần số hoạt động tham số b a = 0.4 mm c = mm, d = 0.3 mm, e = 0.6 mm 26 Hình 2.12 Mối quan hệ tần số hoạt động với thông số b, a = 0.4 mm, c = mm, d = 0.3 mm, e = 0.6 mm 27 Hình 2.13 Hình dạng mặt phẳng đế DGS 27 Hình 2.14 Cấu trúc DGS 28 Hình 2.15 Hệ số truyền đạt phản xạ cấu trúc DGS 28 Hình 2.16 Các hình dạng cấu trúc DGS khác 29 Hình 2.17 Cấu trúc DGS chu kỳ 30 Hình 2.18 Bộ lọc thông thấp DGS HFSS 31 Hình 2.19 Cấu trúc DGS có miền ăn mòn a,b khe (g 32 Hình 2.20 Tần số làm việc tần số cắt thay đổi vị trí khe (g) 32 Hình 2.21 Cấu trúc DGS với độ rộng khe (g) = 1.2mm 33 Hình 2.22 Tần số làm việc tần số cắt thay đổi độ rộng khe (g) 33 Hình 2.23 Cấu trúc DGS với a=b=6.2 mm (g) biên 34 Hình 2.24 Tần số làm việc tần số cắt thay đổi độ rộng khe (g) 34 Hình 2.25 Tần số làm việc tần số cắt thay đổi giá trị a dần đến b 35 Hình 2.26 Cấu trúc khắc hình chữ π 35 Hình 2.27 Kết mơ tần số cấu trúc hình π với a khác 36 Hình 2.28 Cấu trúc lọc chắn dải DMS hình π 36 Hình 2.29 Cấu trúc lọc chắn dải DMS hình π với DGS hình π 37 Hình 2.30 Hình ảnh thực tế lọc chắn dải (Bộ lọc A lọc B) 38 Hình 2.31 Kết mơ đo tần số cộng hưởng lọc chắn dải A 38 Hình 2.32 Kết mơ đo tần số cộng hưởng lọc chắn dải B 38 Hình.3.1 Kết cuối cấu trúc vi dải[7] 43 ix Hình.3.2 Cấu trúc sửa đổi với DGS đơn vị[7] 43 Hình 3.3 Đáp ứng tần số |S11| |S21| g = 0.6 mm 44 Hình 3.4 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số g thay đổi 44 Hình.3.5.Thay đổi f với thơng số S g thay đổi 45 Hình 3.6 Thay đổi f01 fc1 g thay đổi 46 Hình 3.7 Đáp ứng tần số |S11| |S21| s = 0.2 mm 46 Hình 3.8 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số s thay đổi 47 Hình 3.9 Thay đổi f với thơng số S s thay đổi 47 Hình 3.10 Thay đổi f01 fc1 s thay đổi 48 Hình 3.11 Đáp ứng tần số |S11| |S21| a = 3.5 mm 49 Hình 3.12 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số a thay đổi 49 Hình 3.13 Thay đổi f với thông số S a thay đổi 49 Hình 3.14 Thay đổi f01 fc1 a thay đổi 50 Hình 3.15 Đáp ứng tần số |S11| |S21| t = 0.5 mm 51 Hình 3.16 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số t thay đổi 51 Hình 3.17 Thay đổi f với thơng số S t thay đổi 51 Hình 3.18 Thay đổi f01 fc1 t thay đổi 52 Hình 3.19 Đáp ứng tần số |S11| |S21| lọc 53 x 3.4 Thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS Để thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS thiết kế lọc có hình dạng kích thước theo hình 3.1 Chúng ta sử dụng phần mềm HFSS để mô đặc tính tần số cuả Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc này, thực mơ với điện môi PTFE hệ số điện môi ℰr =3.2 suy hao tiếp xúc 0.0025 độ dày 0,79 mm Độ rộng (W) đường truyền vi dải 1.92 mm tương ứng với trở 50Ω Trong cấu trúc này, kích thước L, T g tương ứng mm, mm 0,6 mm Các khe ghép cải thiện cách chia vịng DGS mặt phẳng mặt đất, phía bên đường vi dải xung quanh khe ghép hình 3.2 Các kích thước đơn vị DGS a = mm, t = 0.5 mm S = 0,5 mm Hình.3.1 Kết cuối cấu trúc vi dải[7] Hình.3.2 Cấu trúc sửa đổi với DGS đơn vị[7] Kết khảo sát với thông số ban đầu thể hình 3.3 3.5 Khảo sát thay đổi tham số Để khảo sát thay đổi tham số ta điều chỉnh tăng giảm tham số tham số lại ta giữ ngun để thấy khác biệt thay đổi tham số Ở ta khảo sát cách thay đổi khoảng cách khe g hai cặp đường truyền vi dải khoảng cách s vòng chia DGS tham số a t 43 3.5.1 Thay đổi tham số cách thay đổi khoảng cách khe g Để khảo sát thay đổi cách thay đổi khoảng cách khe g ta tăng khe g lên theo nhiều bước nhảy khác g = 0.6, 0.8, 1, 1.6, Khảo sát g = 0.6 ta có kết hình 3.3 Hình 3.3 Đáp ứng tần số |S11| |S21| g = 0.6 mm Khi ta tăng g lên 0.8 mm đồ thị có thay đổi rõ rệt hình 3.4 Hình 3.4 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số g thay đổi Lần lượt thay đổi g theo bước nhảy nói ta khảo sát thay đổi rõ điểm làm việc, điểm tần số cắt đồ thị, thể hình 3.5 Hình.3.5.Thay đổi f với thơng số S g thay đổi 44 Hình 3.5 cho thấy biến thể thông số tán xạ với giá trị khoảng cách khác khe g với thông số khác không đổi Tăng khoảng cách làm giảm tác dụng khe điện từ đường truyền vi dải [10] đó, hệ số ghép ( I2 k=10log10 ( )2 ) giảm dần Sự gia tăng khoảng cách làm giảm hệ số Sharpness I1 biến thể thuộc tính đặc trưng khác thể Bảng 3.1 Kết so sánh với kết nghiên cứu [7] đưa bảng 3.2 Bảng 3.1 Các thông số khác thay đổi g Khoảng Tần số làm Tần số Hệ số cách khe g việc f01 cắt fc1 Sharpness (mm) (Ghz) (Ghz) (Db/Ghz ) 0.6 4.4 23.2654 0.19 17.253 0.8 3.8 21.7834 0.42 15.013 3.5 6.8 19.0963 0.58 12.700 1.6 2.6 6.9 16.1487 1.26 7.701 2.3 15.0750 1.76 4.910 Suy hao xen (dB) Hệ số ghép nối Mag (k) Bảng 3.2 Các thông số khác g thay đổi [7] Khoảng Tần số làm Tần số Hệ số cách khe g việc f01 cắt fc1 Sharpness (mm) (Ghz) (Ghz) (Db/Ghz ) 0.6 5.125 6.521 29.2550 0.04 19.092 0.8 4.364 6.562 21.8623 0.44 16.456 4.091 6.636 18.0629 0.62 13.462 1.6 3.560 6.842 17.1458 1.35 8.469 3.441 7.041 15.0596 1.80 5.655 Suy hao xen (dB) Hệ số ghép nối Mag (k) Từ bảng 3.1 thấy tần số làm việc f01 thấp tần số cắt fc1 không thay đổi nhiều với g thay đổi, tần số cộng hưởng tần số làm việc f01 giảm với tăng khoảng cách khe hình 3.6 So sánh với bảng 3.2 ta thấy khác kết mô đồ án với nghiên cứu [7] Từ số trên, ta thấy tổn hao xen thay đổi gần tuyến tính với g hệ số ghép nối thay đổi theo cấp số nhân với g Về mặt toán học, f01 liên quan với g phương trình sau: 45 Y= 0.0224x + 0.558x + 5.025x - 20.078x + 30,969 (3.1) Ở đây, x y tương ứng với tần số làm việc f01 (trong GHz) khoảng cách khớp nối g (mm) tương ứng Hình 3.6 Thay đổi f01 fc1 g thay đổi 3.5.2 Thay đổi tham số cách thay đổi khoảng cách khe s Để khảo sát thay đổi cách thay đổi khoảng cách khe s ta tăng khe s lên với bước nhảy 0.4 mm từ s = 0.2 mm tới 1.4 mm Và giữ nguyên tham số khác không đổi Khảo sát s = 0.2 ta có kết hình 3.7 Hình 3.7 Đáp ứng tần số |S11| |S21| s = 0.2 mm Khi ta tăng s lên đạt 0.6 mm đồ thị có thay đổi rõ rệt ,ta quan sát thay đổi hình 3.8 46 Hình 3.8 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số s thay đổi Lần lượt thay đổi s theo bước nhảy nói ta khảo sát thay đổi điểm làm việc, điểm tần số cắt đồ thị, thể hình 3.9 Hình 3.9 Thay đổi f với thơng số S s thay đổi Hình 3.9 cho thấy biến thể thông số S với giá trị khác chiều dài khe chia vòng S cho khoảng cách khớp nối g = 0,6 mm giữ thông số khác không đổi Sự biến đổi đặc điểm đặc trưng khác giá trị khác thể Bảng 3.3 Kết bảng 3.3 so sánh với bảng 3.4 nghiên cứu [7] Ta thấy với tăng tần số cộng hưởng chiều dài khe tăng Với tăng chiều dài khe tổng chiều dài đường điện xung quanh đơn vị DGS giảm làm giảm giá trị điện cảm Như vậy, cộng hưởng tăng tần số thể đồ thị hình 3.9 Về mặt toán học f01 liên quan với S theo phương trình sau đây: Y= 0,3401x + 4.6851x - 14.838 (3.2) Trong đó, x Y tương ứng với tần số làm việc f01 (trong GHz) chiều rộng khe S (mm) tương ứng Ta thấy fc1 liên quan với s theo phương trình: Y = 0.9521x - 19.317x + 131.29X – 298 (3.3) Ở đây, x Y tương ứng với tần số cắt fc1 Ghz chiều rộng chia S (mm) 47 Bảng 3.3 Các thông số khác thay đổi S Chiều dài Tần số làm việc f01 rãnh s (mm) (Ghz) 0.2 6.6 36.371 0.6 4.3 7.3 33.108 4.6 7.7 31.450 1.4 4.8 8.1 25.067 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness (Db/Ghz ) Bảng 3.4 Các thông số khác thay đổi S [7] Chiều dài Tần số làm việc f01 rãnh s (mm) (Ghz) 0.2 5.091 6.24 37.325 0.6 5.455 6.732 34.326 5.951 7.268 32.466 1.4 6.091 7.512 29.454 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness (Db/Ghz ) Hình 3.10 Thay đổi f01 fc1 s thay đổi 3.5.3 Thay đổi tham số chiều dài nhánh a, độ rộng nhánh t Tương tự để khảo sát thay đổi cách thay đổi chiều dài nhánh a ta tăng a lên với bước nhảy khác với bước nhảy mm từ 3.5 mm lêm 4.5 mm sau tăng lên 0.5 mm thành mm, sau tăng thêm mm để khảo sát thay đổi Khảo sát a = 3.5 ta có kết hình 3.11 48 Hình 3.11 Đáp ứng tần số |S11| |S21| a = 3.5 mm Khi ta tăng a lên đạt 4.5 mm đồ thị có thay đổi rõ rệt, ta quan sát thay đổi hình 3.12 Hình 3.12 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số a thay đổi Lần lượt thay đổi a theo bước nhảy nói ta khảo sát thay đổi rõ rệt điểm làm việc, điểm tần số cắt đồ thị, thể hình 3.12 Hình 3.13 Thay đổi f với thơng số S a thay đổi 49 Với cải thiện độ dài nhánh, tổng chu vi vòng tăng tổng chiều dài điện tăng làm tần số làm việc tần số cắt thể hình 3.12 Bảng 3.5 Kết mô bảng 3.5 so sánh với kết bảng 3.6 nghiên cứu[7] Từ đáp ứng với đồ thị hình 3.14 ta có: Y = 0.002x + 0.0623x - 0.7556x + 4.5422x - 14028x + 22,443 (3.4) Ở đây, X y tương ứng với f01 (trong GHz) chiều dài nhánh a (mm) Bảng 3.5 Các thông số khác thay đổi a Chiều dài nhánh Tần số làm việc f01 vòng a (mm) (Ghz) 3.5 7.2 9.3 20.6492 4.5 4.3 26.6592 4.3 6.9 31.2968 2.8 4.8 39.1364 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness (Db/Ghz ) Bảng 3.6 Các thông số khác thay đổi a[7] Chiều dài nhánh Tần số làm việc f01 vòng a (mm) (Ghz) 3.5 6.362 8.101 22.6791 4.5 5.477 6.708 28.4321 3.402 4.482 31.2986 2.985 3.910 41.4378 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness (Db/Ghz ) Hình 3.14 Thay đổi f01 fc1 a thay đổi Tương tự ta tiếp tục khảo sát thay đổi thay đổi tham số t, khảo sát thay đổi cách thay đổi độ rộng nhánh t ta tăng t lên với bước nhảy 0.25 mm Khảo sát t = 0.5 ta có kết hình 3.15 50 Hình 3.15 Đáp ứng tần số |S11| |S21| t = 0.5 mm Khi ta tăng t lên 0.25 mm, t =0.75 mm đồ thị có thay đổi rõ rệt ,ta quan sát thay đổi hình 3.15 Hình 3.16 Đáp ứng tần số |S11| |S21| tham số t thay đổi Lần lượt thay đổi t theo bước nhảy nói ta khảo sát thay đổi rõ rệt điểm làm việc, điểm tần số cắt đồ thị, thể hình 3.17 Hình 3.17 Thay đổi f với thông số S t thay đổi 51 Thay đổi theo độ rộng nhánh t DGS liên quan theo phương trình sau: Y = 0.0011x - 0.0321x + 0.3409x - 1.4433x + 0.7419x +11,29 (3.5) Ở đây, x Y tương ứng với tần số cắt fc1 (Ghz) độ rộng nhánh t (mm) tương ứng Tương tự vậy, thay đổi cộng hưởng tần số cắt với chiều rộng vịng t thể hình 3.18 Bảng 3.7 Kết bảng 3.7 so sánh với kết bảng 3.8 nghiên cứu[7] cho thấy giá trị tăng giảm có tương đồng Bảng 3.7 Các thông số khác thay đổi t Độ rộng nhánh Tần số làm việc f01 vòng t (mm) (Ghz) 0.5 4.3 29.4562 0.75 4.6 7.8 26.5896 5.2 8.4 25.4689 1.25 6.3 9.3 19.2562 1.5 7.7 11.6 17.9542 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness (Db/Ghz ) Bảng 3.8 Các thông số khác thay đổi t[7] Độ rộng nhánh Tần số làm việc f01 vòng t (mm) (Ghz) 0.5 5.477 6.708 28.4322 0.75 6.154 7.45154 25.7175 6.985 8.185 24.8150 1.25 7.881 9.562 18.3333 1.5 9.602 11.211 17.8125 Tần số cắt fc1 (Ghz) Hệ số Sharpness Hình 3.18 Thay đổi f01 fc1 t thay đổi 52 (Db/Ghz ) 3.6 Kết thiết kế Sau khảo sát thơng số em tìm giá trị tham số khác để cấu thành nên lọc có tần số trung tâm Ghz Các tham số sau khảo sát có thay đổi W = 1.92 mm, L = mm, T = mm, g = 0.6 mm, a = mm, t = 0.5 mm, s = 1.4 mm Kết mô sau thiết kế lọc chuẩn theo yêu cầu thể hình 3.19 Hình 3.19 Đáp ứng tần số |S11| |S21| lọc Bằng cách sử dụng khái niệm mạch lọc thơng cao tạo cách tách ăn mịn vòng DGS (a = mm, t = 0,5 mm s =1.4 mm) bên với g = 0,2 mm Kích thước khác tương tự đưa Các tham số S mô đo theo [7] hiển thị hình 3.19 Cấu trúc mô với phần mềm HFSS Cả hai kết mô đo [7] cho thấy tần số làm việc Ghz tần số cắt 7,2 GHz Các kết mô cho thấy dải thông bị chèn không đáng kể, chủ yếu chế độ băng X có gần 1,2 dB Vì vậy, đáp ứng đặc trưng cho thấy cấu trúc đề xuất tạo đáp ứng lọc thơng cao vượt qua tín hiệu GHz Có vùng chuyển giao dải thơng, dải chắn hệ số Sharpness tính [(tổn hao ngược (dB) -3 dB) / ( fc1 − f01 )] dB/GHz Các kết mơ kết đo[7] có tương đồng 3.7 Kết luận chương Một lọc thông dải nhỏ gọn thiết kế thành công với tần số trung tâm 8Ghz với độ rộng băng thông (FBW) đạt 30% -3 dB suy hao xen nhỏ dB suy hao phản xạ lớn 15 dB Sự ảnh hưởng tham số hình học cấu trúc đến đặc điểm đáp ứng tần số phân tích phần mềm HFSS Vậy lọc thơng dải thiết kế cách dễ dàng cách sử dụng DGS (Defected Ground Structure) với DMS (Defected Microstrip Structure) 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Một khái niệm thiết kế lọc thông dải giới thiệu cách sử dụng lọc thông cao lọc thông thấp với băng rộng Một nghiên cứu mới, cấu trúc DMS giới thiệu DMS với DGS kết cấu dòng vi dải tạo lọc thông dải tốt Phương pháp hệ số Sharpness tốt tăng giảm cạnh, băng thông phân đoạn tốt, cấu trúc dẫn đến giảm kích thước mạch Cuối cùng, với khái niệm lọc thông dải thiết kế với tần số trung tâm GHz, độ rộng băng thông 30 FBW -3 dB 80 FBW -20 dB Các lọc thiết kế mơ đo có kết tốt Sự cải thiện đáng kể kích thước mạch cải thiện tính chất khác lọc RF, sóng vi dải hệ thống truyền thơng đại chẳng hạn truyền hình vệ tinh, GPS, Bluetooth Mặt khác, đồ án giới thiệu phần mềm mô chuyên dụng HFSS, cách thiết kế, xây dựng thiết kế lọc phần mềm, từ tạo điều kiện thuận lợi việc triển khai vào thực tế Về hướng phát triển đề tài, đồ án nghiên cứu, thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS (Defected Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) chưa hoàn thiện tối đa Trong thời gian tới, đồ án tiếp tục ngiên cứu, thiết kế, xây dựng hệ thống lọc để phát triển rộng nhiều lĩnh vực khác Lúc đó, việc áp dụng vào thực tế trở nên dễ dàng đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông chất lượng cao ngày tăng người dân 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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) [2] 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) [3] 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 [4] Kiều Khắc Lâu, “Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần”, NXB Giáo Dục, 2006 [5] 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) [6] Nguyễn Quốc Trung, “Xử lý số tín hiệu”, NXB Giáo Dục, 2007 [7] Tamasi Moyra, “ Modeling of bandpass filter using defected ground structure and defected microstrip structure”, J Comput Electron 12, 287-296 (2013) [8] 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 [9] Xiao J.-K and W.-J Zhu, “New Defected Microstrip Structure Bandstop Filter” Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings, Suzhou, 14711474, Sept 12–16, 2011 [10] Y.sharma, Chakravarty, T., Bhooshan, S, “ Design of a novel 3dB microstrip backward wave coupler using defected ground structure ”, Prog, Electromagn, Res, 65, 261-273 (2006) 55 56 ... xen DGS hình π 2.6.2 Thiết kế lọc chắn dải DMS hình π có đặc tính sóng ngắn đặc tính chắn dải, sử dụng để thiết kế lọc chắn dải thu nhỏ Một lọc chắn dải tầng hình π thiết kế (Bộ lọc A) Bộ lọc. .. Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) lọc siêu cao tần Chương 3: Thiết kế lọc thông dải sử dụng DGS (Defected Ground Structure) DMS (Defected Microstrip Structure) Do hạn chế thời... đo lường 37 2.7 Kết luận chương 38 Chương 3: THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI SỬ DỤNG DGS (Defected Ground Structure) VÀ DMS (Defected Microstrip Structure) 39 3.1 Giới