Thiết kế bộ lọc thông dải, cấu trúc vi dải băng tần kép sử dụng bộ cộng hưởng trở kháng hình chữ e

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 621 KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -    - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI, CẤU TRÚC VI DẢI BĂNG TẦN KÉP SỬ DỤNG BỘ CỘNG HƯỞNG TRỞ KHÁNG HÌNH CHỮ E GV hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ KIM THU SV thực hiện: NGUYỄN VĂN HAI Lớp: 51K1 - ĐTVT Khóa học: 2010 - 2015 NGHỆ AN - 01/2015 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii Chương BỘ LỌC TẦN SỐ 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Bộ lọc tần số 1.2.1 Tổng quan lọc tần số 1.2.2 Sự phát triển mạch lọc tần số 1.2.3 Phân loại lọc 1.3 Mạch lọc siêu cao tần 1.3.1 Sơ lược mạch lọc siêu cao tần 1.3.2 Phân tích mạch lọc siêu cao tần 1.4 Cấu trúc vi dải 22 1.5 Cấu trúc DGS thiết kế mạch lọc siêu cao tần 24 1.6 Tổng kết chương 28 Chương BỘ LỌC BĂNG TẦN KÉP 29 2.1 Giới thiệu chương 29 2.2 Bộ lọc băng tần kép ứng dụng 29 2.1 Giới thiệu kỹ thuật băng tần kép 29 2.2.2 Ưu nhược điểm việc sử dụng lọc băng tần kép 29 2.2.3 Các ứng dụng lọc băng tần kép 30 2.3 Các phương pháp tạo băng tần kép 32 2.4 Một số lọc tần kép có cấu trúc khác nghiên cứu chế tạo 33 2.4.1 Bộ lọc băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ L 33 2.4.2 Bộ lọc băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E 35 2.4.3 Bộ lọc có cấu trúc đặt biệt khác 37 i 2.5 Tổng kết chương 38 Chương THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI, CẤU TRÚC VI DẢI BĂNG TẦN KÉP SỬ DỤNG BỘ CỘNG HƯỞNG HÌNH CHỮ E 39 3.1 Giới thiệu chương 39 3.2 Giới thiệu sơ lược phần mềm HFSS 39 3.2.1 Giới thiệu 39 3.2.2 Các bước mô lọc tần số 40 3.3 Thiết kế lọc thông dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E 41 3.3.1 Yêu cầu thiết kế 41 3.3.2 Mô kết 43 3.4 Khảo sát đặc tính lọc 44 3.4.1 Cố định W0= 0.6mm thay đổi L2 44 3.4.2 Cố đinh L2=11.5mm thay đổi W0 46 3.4.3 Cố định W1=12mm, l3=10.5mm thay đổi l1 48 3.4.4 Cố định l1= 12.5mm, l3 =10.5mm thay đổi w1 49 3.4.5 Cố định W1=12mm, l1=12.5mm thay đổi l3 49 3.5 Kết luận chương 50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 ii LỜI CẢM ƠN Em xin gửi cảm ơn chân thành đến giảng viên Nguyễn Thị Kim Thu tận tình hướng dẫn để em hồn thành đồ án Em xin cảm ơn thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông giảng dạy, giúp đỡ chúng em hồn thành chương trình đào tạo Do nhiều mặt hạn chế, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn đọc để đồ án hoàn thiện iii MỞ ĐẦU Bộ lọc tần số thành phần thiếu hệ thống thông tin, thời đại nay, công nghệ không dây phát triển cách nhanh chóng Mạch lọc tần số lý thuyết phân tích thiết kế mạch lọc có q trình phát triển lâu dài tương đối hoàn thiện Việc nghiên cứu lý thuyết tiếp tục thực thời gian gần dựa phương pháp tính tốn nhằm tạo cấu trúc lọc kích thước gọn nhẹ khả chọn lọc tần số tối ưu Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ yêu cầu thực tế từ người sử dụng lọc băng tần kép hình thành phát mạnh mẽ Điểm mạnh lọc tần số nói chung lọc băng tần kép nói riêng thường kích thước nhỏ gọn, linh hoạt tần số cộng hưởng, cấu trúc ổn định đặc biệt phù hợp với công nghệ vi dải sử dụng rộng rãi việc chế tạo mạch in IC chuyên dụng Đồ án nghiên cứu, thiết kế lọc thông dải, cấu trúc vi dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E đạt hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz Nội dung đồ án gồm chương: Chương Tổng quan lọc tần số siêu cao tần Chương Kỹ thuật băng tần kép thiết kế lọc siêu cao tần Chương Thiết kế lọc thông dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E Kết mô so sánh với [6] cho kết tương đồng Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Văn Hai iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày lọc thông dải, vi dải, băng tần kép với dải rộng (BPF) với cải tiến hiệu suất dải chắn Việc sử dụng số cấu trúc đặc biệt trở kháng bước hình chữ E cộng hưởng (SIR) cấu cấp nguồn liệu đầu vào đầu ghép nối chéo, lọc tạo năm điểm zeros khơng truyền tải có lợi cho việc cải thiện tính chọn lọc tần số hiệu suất dải chắn Cuối lọc vi dải băng rộng kép PBF mô HFSS Kết mô cho thấy hai dải phổ tập trung 3,7 GHz 5,8 GHz ABSTRACT Thesis presents the overview of a novel dual wideband microstrip bandpass filter (BPF) with improved upper stopband performance With the use of some special structures such as E shaped microstrip SteppedImpedance Resonator (SIR) and input output cross coupling feed structure, this filter can generate five transmission zeros which are beneficial for improving its frequency selectivity and upperstopband performance Finally the microstrip dual wideband BPF has been simulated by HFSS Simulation results show that the two passbands are centered at 3.7 GHz and 5.8 GHz v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt LO Local Oscillator Bộ dao động nội LPF Low Pass Filter Mạch lọc thông thấp HPF High Pass Filter Mạch lọc thông cao BPF Band Pass Filter Mạch lọc thông dải BSF Band Stop Filter Mạch lọc chắn dải RF Radio Frequency Tần số vô tuyến VSWR Voltage Standing Wave Ratio Hệ số sóng đứng SIR Stepped Impedance Resonators Trở kháng bước cộng hưởng HFSS Ansoft High Frequency Phần mềm mô cấu trúc Structure Simulator tần số cao Simulation Program With Chương trình mơ tích Integrated Circuit Emphasis hợp với trọng tâm mạch SPICE vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Đáp ứng tần số ký hiệu lọc Hình 1.2 Sơ đồ khối máy thu phát vô tuyến song công Hình 1.3 Đồ thị đáp ứng tần số lọc thông thấp lý tưởng Hình 1.4 Đồ thị đáp ứng tần số lọc thông cao lý tưởng Hình 1.5 Đồ thị đáp ứng tần số lọc thông dải lý tưởng Hình 1.6 Đồ thị đáp ứng tần số lọc chắn dải lý tưởng Hình 1.7 Phổ tần số sóng điện từ cao tần Hình 1.8 Mạng cao tần hai cửa (bốn cực) 10 Hình 1.9 Mạng hai cửa nối tầng mạng hai cửa tương đương 14 Hình 1.10 Sơ đồ mạch lọc hai cửa với hệ số truyền đạt hệ số phản xạ 15 Hình 1.11 Đáp ứng tần mạch lọc thông thấp bậc 16 Hình 1.12 Mạch lọc thơng thấp dạng bậc thang với linh kiện tham số tập trung17 Hình 1.13 Sơ đồ mạch lọc thơng dải hình bậc thang 18 Hình 1.14 Đồ thị tổn hao xen theo tần số mạch lọc thông dải 19 Hình 1.15 Sơ đồ mạch lọc thơng dải hình bậc thang 19 Hình 1.16 Đồ thị tổn hao xen theo tần số mạch lọc thông dải 20 Hình 1.17.Sơ đồ khối biến đổi trở kháng (a) biến đổi dẫn nạp (b) 20 Hình 1.18 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) 21 Hình 1.19 Mạch lọc thông dải sử dụng biến đổi trở kháng 22 Hình 1.20 Mạch lọc thơng dải sử dụng biến đổi dẫn nạp 22 Hình 1.21 Đường truyền vi dải a) Cấu trúc hình học; b) Phân bố trường 23 Hình 1.22 Hình dạng mặt phẳng đế DGS 25 Hình 1.23 Cấu trúc DGS 25 Hình 1.24 Hệ số truyền đạt phản xạ cấu trúc DGS 26 Hình 1.25 Các hình dạng cấu trúc DGS khác 26 Hình 1.26 Cấu trúc DGS chu kỳ 27 vii Hình 2.1 Băng tần kép LINKSYS WPA610N 31 Hình 2.2.Dạng hình học SIR hình L 33 Hình 2.3 Bộ lọc băng tần kép sử dụng SIR hình L cấu trúc kép hai bên 34 Hình 2.4 Mô cấu trúc lọc HFSS 34 Hình 2.5 Thơng số mô S11,S 21,S22 đo đạc 35 Hình 2.6 a) Cách bố trí của lọc cộng hưởng trở kháng kép băng rộng SIR hình chữ E BPF đề xuất b) Cấu trúc SIR, K = Z2/Z1 > and θT > π.36 Hình 2.7 Cấu trúc lọc băng tần kép 37 Hình 2.8 Mơ cấu trúc lọc HFSS 37 Hình 2.9 Mơ đo đạc thông số S11của lọc băng tần kép 38 Hình 3.1 Cấu trúc mạch lọc HFSS 41 Hình 3.2 Dạng hình học lọc SIR hình chữ E 42 Hình 3.3 a) lọc băng tần kép SIR hình chữ E, b) cấu trúc SIR 42 Hình 3.4 Mơ cấu trúc mạch lọc HFSS 43 Hình 3.5 Đồ thị tần số cộng hưởng s11 43 Hình 3.6 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc 44 Hình 3.7 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định W0 = 0.6mm thay đổi L2=11mm 45 Hình 3.8 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định W0 = 0.6mm thay đổi L2=12mm 45 Hình 3.9 Cố định W0= 0.6mm thay đổi L2 46 Hình 3.10 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định L = 11.5mm tăng W0= 0.8mm 46 Hình 3.11 Đáp ứng tần số dải thông lọc cố định L2 giảm W0= 0.4mm 47 Hình 3.12 Đáp ứng tần sơ băng thông lọc cố định L2 thay đổi W0 48 Hình 3.13 Đồ thị tần số cộng hưởng cố định W1, l3 thay đổi l1 48 Hình 3.14 Đồ thị tần số cộng hưởng lọc cố định l1,l3 thay đổi W1 49 Hình 3.15 Đồ thị tần số cuộng hưởng lọc cố định W1, l1 thây đổi l3 50 viii Chương BỘ LỌC TẦN SỐ SIÊU CAO TẦN 1.1 Giới thiệu chương Chương tìm hiểu lọc tần số, lọc siêu cao tần cấu trúc lọc, lịch sử phát triển vai trò lọc hệ thống thông tin vô tuyến Phân tích, làm rõ thành phần có lọc yếu tố ảnh hưởng đến lọc từ đưa lọc có đặc tính tối ưu kích thước, tần số chon lọc 1.2 Bộ lọc tần số 1.2.1 Tổng quan lọc tần số Bộ lọc tần số lựa chọn tần số, cho phép tín hiệu dải tần mong muốn qua chặn lại tín hiệu dải tần khác Về bản, lọc mạch mà thiết kế để thay đổi, làm biến dạng từ chối tất tần số không mong muốn tín hiệu điện chấp nhận cho qua tín hiệu mong muốn nhà thiết kế Nói cách khác lọc “lọc ra” tín hiệu không mong muốn Theo dạng đáp ứng tần, người ta chia lọc tần số thành bốn loại: lọc thông thấp, lọc thông cao, lọc thông dải lọc chắn dải Hai loại lọc cho phép tín hiệu tồn 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 [1] Bộ lọc thành phần thiếu hệ thống khai thác tài nguyên tần số sóng điện từ, bao gồm từ thơng tin di động, thông tin vệ tinh, radar, định vị dẫn đường, cảm biến hệ thống khác Với tiến thông tin ứng dụng vơ tuyến điện, phổ tần có hạn sóng điện từ phải chia sẻ cho ngày nhiều hệ thống Như hình 1.1 mơ tả dạng đáp ứng tần ký hiệu sơ đồ khối loại lọc tần số Hình 2.9 Mơ đo đạc thông số S11của lọc băng tần kép 2.5 Tổng kết chương Chương trình bày cách tổng quan kỹ thuật băng tần kép, tầm quan trọng của kỹ thuật băng tần kép hệ thống thơng tin sóng điện từ; tìm hiểu cấu trúc hoạt động lọc băng tần kép; ứng dụng thực tiễn lọc băng tần kép hệ thống viễn thơng 38 Chương THIẾT KẾ BỘ LỌC THƠNG DẢI CẤU TRÚC VI DẢI BĂNG TẦN KÉP SỬ DỤNG BỘ CỘNG HƯỞNG HÌNH CHỮ E 3.1 Giới thiệu chương Chương trình bày tóm tắt phần mền HFSS, bước mô thiết kế lọc Trọng tâm chương mô để đạt lọc vi dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng hình chữ E hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz Các thông số thiết kế ban đầu lọc thực theo [6] Việc khảo sát thay đổi thông số thiết kế cho phép xác định đánh giá đặc tính lọc sau kết so sánh với [6] để thảo luận 3.2 Giới thiệu sơ lược phần mềm HFSS 3.2.1 Giới thiệu 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 Emphasis), 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 39 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… 3.2.2 Các bước mô lọc tần số B1: Tạo dự án B2: Vẽ cấu trúc 3D  Vẽ mặt phẳng đế  Vẽ lớp điện môi  Vẽ đường cấp nguồn B3: Vẽ vùng cấu trúc mạch  Thiết kế vùng ăn mòn  Thiết kế khe gap  Tiến hành ghép, cắt B4: Tạo vùng xạ B5: Cấp nguồn, sử dụng Waveport B6: Cài đặt thông số quét B7: Kiểm tra lỗi B8: Chạy mô 40 Hình 3.1 Cấu trúc mạch lọc HFSS 3.3 Thiết kế lọc thông dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E Ứng dụng lý thuyết trình bày chương chương 2; đồ án thiết kế, mô lọc vi dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng hình chữ E với kích thước thơng số cuối Đồ án sử dụng phần mềm HFSS để mô phỏng, phần mềm chuyên dụng độ xác tương đối cao, sử dụng phổ biến công ty thiết kế viễn thông lớn 3.3.1 u cầu thiết kế Các kích thước thơng số lọc sau: w0=0 6mm, w1=12mm, w2=1mm, w3=0 2mm, w4=1.55mm,l1=12.5mm, l2=11.5mm, l3=10.5mm, d =0.2mm Bộ lọc có cấu tạo gồm ba lớp: lớp đất có độ dày 0.1mm, sử dụng vật liệu Cu; lớp điện môi sử dụng chất Rogers RT/duroid 5.880 với số điện môi εr= 2, mát tiếp xúc tanδ = 0009, độ dày h=0.508mm; lớp dải dẫn SIR hình chữ E với đầu kết nối SMA, tần số cuộng hưởng tần số 3.7GHz 5.8GHz Như hình 3.2 biểu diễn dạng hình học lọc SIR hình chữ 41 E; hình 3.3 cách bố trí lọc SIR hình chữ E với thơng số kích thước cho,trong hình 3.3a) biểu diễn lọc băng tần kép SIR hình chữ E, 3.3b) cấu trúc SIR [6] Hình 3.2 Dạng hình học lọc SIR hình chữ E Hình 3.3 a) lọc băng tần kép SIR hình chữ E, b) cấu trúc SIR 42 3.3.2 Mô kết a Mô phần mền HFSS Hình 3.4 Mơ cấu trúc mạch lọc HFSS b Kết chạy mơ Hình 3.5 Đồ thị tần số cộng hưởng s11 Mặc dù số điện mơi sử dụng thấp kích thước lọc 24mm × 15mm, tức 0,39 λg× 25 λg, với λg bước sóng dẫn tần số 43 trung tâm dải thông thấp Từ hình 3.5 ta có hai tần số trung tâm 3.7 GHz 5.8 GHz Tại tần số trung tâm 3.7, dải thơng lọc từ 3.1GHz đến 4.3GHz; tần số trung tâm 5.8GHz dải thông lọc 5.3GHz đến 6.8GHz biểu diễn hình 3.6 Hình 3.6 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc 3.4 Khảo sát ảnh hưởng kích thước lọc lên đặc tính lọc 3.4.1 Cố định W0= 0.6mm thay đổi kích thước L2 Ta cố đinh W0 thay đổi kích thước L2, tăng L2 từ 11.5mm lên 12mm; giảm kích thước L2 xuống cịn 11mm Ta thấy ta tăng kích thước L2 từ 11mm đến 12mm tần số trung tâm lọc dịch chuyển phía tần số cao, phạm vi dịch chuyển lớn Cụ thể L2= 11mm tần số trung tâm thứ 3.5GHz tần số trung tâm thứ 5.5GHz so với L2=11.5mm hai tần số trung tâm dịch phía tần số thấp mức dịch chuyển lớn dần Tại tần số trung tâm 3.5GHz dải thơng lọc nằm khoảng 2.9GHz đến 4.2GHz; tần số trung tâm 5.5GHz dải thơng lọc nằm khoảng 5.2GHz đến 6.8GHz thể hình 3.7 44 Hình 3.7 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định W0 = 0.6mm thay đổi L2=11mm Khi L2= 12mm tần số trung tâm thứ 3.6GHz tần số trung tâm thứ 5.7GHz so với L2=11.5mm hai tần số trung tâm lọc lúc dịch chuyển phía tần số thấp Tại tần số trung tâm 3.6 GHz dải thơng nằm khoảng 2.9GHz đến 4.4GHz; tần số trung tâm 5.7GHz dải thơng nằm khoảng 5.3GHz đến 6.7GHz thể hình 3.8 Hình 3.8 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định W0 = 0.6mm thay đổi L2=12mm Khi biểu diễn ba lọc đồ thị hình 3.9 ta thấy cố định W0=0.6mm tăng L2 từ 11.5mm lên 12mm tần số trung tâm dịch chuyển phía tần số thấp, dải thơng dịch chuyển phía tần số thấp; cố định W0=0.6mm giảm L2 từ 11.5mm xuống 11mm tần số trung tâm dải thơng dịch chuyển phía số thấp, mức dộ dịch chuyển L 2= 11mm lớn 45 Qua ta thấy L2=11.5mm tần số trung tâm lọc lớn độ rộng dải thông hẹp nhất, suy độ rộng băng thông nhỏ nhất, đồng nghĩa với việc hiệu suất bô lọc tăng lên Hình 3.9 Cố định W0= 0.6mm thay đổi L2 3.4.2 Cố đinh L2=11.5mm thay đổi kích thướcW0 Cố định L2 thay đổi W0; tăng W0 từ 0.6mm lên 0.8mm giảm W0 xuống 0.4mm, kết mơ hình 3.10 Hình 3.10 Đáp ứng tần số độ rộng băng thông lọc cố định L2 = 11.5mm tăng W0= 0.8mm 46 Khi cố định L2 = 11.5mm tăng W0= 0.8mm ta thấy tần số trung tâm thứ 3.7GHz, tần số trung tâm thứ 5.6GHz; tần số trung tâm 3.7GHz dải thông nằm khoảng 3.4GHz đến 4.1GHz, tần số trung tâm 5.6GHz dải thơng lọc nằm khoảng 5.3GHz đến 6.5GHz Khi cố định L2 = 11.5mm giảm W0= 0.4mm tần số trung tâm thứ 3.2GHz tần số trung tâm thứ 5.4GHz; tần số trung tâm 3.2GHz dải thơng lọc nằm khoảng 2.3GHz đến 4.5GHz, tần số trung tâm 5.4GHz dải thơng lọc nằm khoảng 5.1GHz đến 7.2GHz, biểu diễn hình 3.11 Hình 3.11 Đáp ứng tần số dải thông lọc cố định L2 giảm W0= 0.4mm Khi biểu diễn ba lọc đồ thị hình 3.12 ta thấy cố định L2=11.5mm tăng W0 từ 0.6mm lên 0.8mm tần số trung tâm lọc dịch chuyển phía tần số thấp, dải thơng dịch chuyển phía tần số thấp; cố định L2= 11.5mm giảm W0 từ 0.6mm xuống 0.4mm tần số trung tâm dải thông dịch chuyển phía tần số thấp, mức độ dịch chuyển W0=0.4mm lớn Qua cho thấy với W0=0.6mm L2=11.5mm có tần số trung lớn độ rộng băng thông hẹp suy hiệu suất lọc cải thiện Kết mơ hình 3.12 47 Hình 3.12 Đáp ứng tần sơ băng thơng lọc cố định L2 thay đổi W0 3.4.3 Cố định W1=12mm, l3=10.5mm thay đổi kích thước l1 Khi W1 =12mm, l3=10.5mm, l1 =12.5mm có hai tần số trung tâm lọc 3.7GHz 5.8GHz; thay đổi l1 từ 12.5mm xuống 12mm quan sát thấy tần số trung tâm lọc khơng thay đổi; tăng l1 từ 12.5mm lên 13mm quan sát tần số trung tâm dịch chuyển phía tần số thấp, mức độ dịch chuyển nhỏ không đáng kể bỏ qua Như ta thấy kích thước l1 ảnh hưởng đến đặc tính lọc khơng đáng kể, với l1=12.5mm lọc có suy hao nhỏ hiệu suất tốt nhất, biểu diễn hình 3.13 Hình 3.13 Đồ thị tần số cộng hưởng cố định W1, l3 thay đổi l1 48 3.4.4 Cố định l1= 12.5mm, l3 =10.5mm thay đổi kích thước w1 Khi l1=12,5mm, l3=10.5mm, w1= 12mm lọc có hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz; thay đổi W1 từ 12mm xuống 11mm quan sát thấy hai tần số trung có dịch chuyển phía tần số thấp mức độ dịch chuyển nhỏ; thay đổi W1 từ 12mm lên 13mm quan sát thấy hai tần số trung lọc không thay đổi suy hao lọc lớn Như ta thấy việc thay đổi kích thước W1 ảnh hưởng nhiều đến đặc tính lọc khơng đáng kể; với W1=12 lọc có suy hao nhỏ hiệu suất tốt nhất, biểu diễn hình 3.14 Hình 3.14 Đồ thị tần số cộng hưởng lọc cố định l1,l3 thay đổi W1 3.4.5 Cố định W1=12mm, l1=12.5mm thay đổi kích thước l3 Khi l1=12,5mm, l3=10.5mm, w1= 12mm lọc có hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz; thay đổi l3 từ 10.5mm xuống 9.5mm quan sat thấy tần số trung tâm thứ có dịch chuyển chút phía tần số thấp cịn tần số trung tâm thứ khơng dịch chuyển suy hao lọc tăng; tăng l3 từ 10.5mm lên 11.5mm hai tần số trung tâm lọc có dịch chuyển phía tần số cao mức độ dịch chuyển nhỏ suy hao lọc tăng lên Như ta thấy thay đổi kích thước l3 mức độ ảnh hưởng đến đến lọc không đáng kể, với l3=10.5mm lọc có suy hao thấp đạt hiệu suất thấp Được biểu diễn hình 3.15 49 Hình 3.15 Đồ thị tần số cộng hưởng lọc cố định W1, l1 thay đổi l3 Qua trường hợp trình bày ta thấy thơng số, kích thước có ảnh hưởng lớn đến đặc tính lọc 3.5 Kết luận chương Đồ án mô thành công, lọc băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz yêu cầu ban đầu Việc khảo sát đặc tính lọc cho thấy thơng số ảnh hưởng đến đặc tính gồm có kích thước W0 L2; cịn thay đổi kích thước L1, W1, L3 tác động đến lọc không đáng kể Kết mô so sánh với [6] cho thấy kết tương đồng, hiệu suất băng tần băng tần cải thiện cách đáng kể Để tăng hiệu suất băng tần băng tần lọc lựa chọn lọc với kích thước tối ưu là: w0=0 6mm, w1=12mm, w2=1mm, w3=0 2mm, l1=12.5mm,l2=11.5mm, l3=10.5mm, d =0.2mm 50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đồ án thiết kế mô thành công lọc vi dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữa E với thơng số cho, qua giúp em cố lại kiến thức lọc tần số lý thuyết liên quan đến lọc Trong trình thiết kế lọc thơng số kỹ thuật kích thước, chất liệu,… đóng vai trị quan trọng định đến tính chất lọc Việc nghiên cứu chế tạo thành công lọc băng tần kép tối ưu đem lại ưu điểm vượt trội kích thước lọc, chất lượng, tốc độ băng thông cải thiện cách đáng kể hứa hẹn đem lại phát triển vượt bậc cho mạng viễn thông tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày cao người Mặt khác, đồ án giới thiệu phần mềm mô chuyên dụng HFSS, cách thiết kế, xây dựng lọc tần số khảo sát chất lượng lọc phần mềm, từ tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển khai vào thực tế Về hướng phát triển đề tài, đồ án nghiên cứu, thiết kế cải thiện hiệu suất lọc băng tần kép hai tần số trung tâm 3.7GHz 5.8GHz, cần q trình nghiên cứu để hồn thiện Trong thời gian tới, đồ án tiếp tục nghiên cứu, thiết kế xây dựng để hoàn thiện, phục vụ nhu cầu cho tương lai băng tần khai thác ngày can kiệt 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Trung, “Xử lí tín hiệu lọc số” tập 1, tập2 Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Hà Nội [2] Vũ Đình Thành, “Lý thuyết sở kỹ thuật siêu cao tần”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1997 [3] M.L.CHUANG, M T WU, S.M TSAI “Dual-band filter design using Lshaped stepped impedance resonators’’, IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2010, 4, (7), pp 855-862 [4] http://www.ece.iisc.ernet.in/~kjvinoy/Sumantha.pdf, truy nhập cuối ngày 10/11/2014 [5] Lin, H.-J., X Q Chen, X W Shi, L Chen, and C L Li, “A dual passband filter using hybrid microstrip open loop resonators and coplanar waveguide slotline resonators,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol 24, No 1, 141– 149, 2010 [6] Y.-L Wu, C Liao, and X.-Z Xiong “ a dual-wideband band pas filter based on E shaped micrótrisp SIR with improved uppertopband performance” Progress In Electromagnetics Research, Vol 108, 141–153, 2010 [7] Wang, J.-P., L Wang, Y.-X Guo, Y X Wang, and D.-G Fang, “Miniaturized dual-mode bandpass filter with controllable harmonic response for dual-band applications,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol 23, No 11–12, 1525–1533, 2009 [8] Wu, G.-L., W Mu, X.-W Dai, and Y.-C Jiao, “Design of novel dual-band bandpass filter with microstrip meander-loop resonator and CSRR DGS,” Progress In Electromagnetics Research, Vol 78, 17–24, 2008 [9] Zhang, L., Z.-Y Yu, and S.-G Mo, “Dual-mode dual-band bandpass filter using an new open-loop resonator,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol 23, No 11–12, 1603–1609, 2009 52 ... mạch lọc HFSS 3.3 Thiết kế lọc thông dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E Ứng dụng lý thuyết trình bày chương chương 2; đồ án thiết kế, mô lọc vi dải băng tần kép sử dụng cộng. .. quan lọc tần số siêu cao tần Chương Kỹ thuật băng tần kép thiết kế lọc siêu cao tần Chương Thiết kế lọc thông dải băng tần kép sử dụng cộng hưởng trở kháng hình chữ E Kết mơ so sánh với [6] cho kết... phần băng tần kép lọc băng tần kép Các lọc vi dải phổ biến thiết kế lọc dải kép cấu trúc phẳng dễ dàng kết nối với thiết bị khác Bộ lọc vi dải băng tần kép phân thành ba loại Loại thứ sử dụng kết