طراحی و ساخت فیلترهای میان گذر تک بانده و دو بانده جدید با ساختار مدرن تغذیه صفر‌درجه جهت ارتباطات بیسیم

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 5، دوره 9، شماره 33، اردیبهشت 1397، صفحه 47-61   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمدرضا زبیری؛ احمدرضا اسکندری^*

گروه مهندسی برق، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله سه فیلتر میانگذر تک‌بانده و دوبانده جدید با اندازه‌های یکسان ارائه شده است، که هر سه فیلتر بر اساس یک ساختار اولیه و با استفاده از فناوری‌ مسطح ریزنوار، طراحی، بهینه‌سازی و ساخته شده‌اند و مورد اندازه‌گیری قرار گرفته‌اند. هر باند عبور ایجاد‌شده، با بکارگیری یکی از دو نوع ساختار رزوناتور موجود، برانگیخته می‌شود. رزوناتورهای بزرگتر بعنوان ساختار اصلی تشکیل‌دهنده فیلتر، دارای فرم امپدانس-پله‌ای هستند، که درصورت تغذیه صفر درجه و وجود تزویج الکتریکی میان آنها، باند عبور اول را در فرکانس 0.9 ‌GHz ایجاد میکنند. رزوناتورهای کوچکتر نیز بعنوان زیرساختار فیلتر، با توپولوژی مارپیچ، هم‌اندازه و هم‌امپدانس با همدیگرند؛ و با تغذیه‌ای متقارن و تزویج داخلی در درون رزوناتورهای اصلی جاسازی می‌شوند تا باند عبور بالاتر را در فرکانس 1.8‌ GHz ایجاد و کنترل ‌کنند. وجود تزویج متقابل میان زیرساختارها، باعث حذف هرگونه هارمونیک در باندتوقف و تولید صفر انتقال اضافی در طرفین باند عبور بالاتر می‌شود. ابعاد فیلترهای ابداعی با رویکرد کوچکسازی از 0.163λg*0.09λg به ابعاد 0.092λg*0.08λg برحسب طول‌موج هدایت‌شده خط ریزنوار کاهش می‌یابد، که نسبت به دیگر فیلترهای مقایسه ‌شده، دارای فشرده‌ترین ساختار می‌باشد. با توجه به نتایج اندازه‌گیری فیلتر دوبانده، مقادیر افت‌ عبوری0.7 dB و 0.5 dB به ترتیب در باندهای اول و دوم با کمترین مقدار تلفات نسبت به دیگر فیلترهای مورد‌بررسی، بدست آمده است. نهایتاً سه فیلتر نمونه، با کاربرد در سیستمهای جهانی ارتباطات سیار، ساخته و اندازه‌گیری شده‌اند، که انطباق بالای نتایج طراحی و اندازه‌گیری، نشان از تحقق اهداف و روش مبتکرانه طراحی دارد.

کلیدواژه‌ها

فیلتر میانگذر؛ سیستم ‌جهانی ‌برای ‌ارتباطات ‌سیار؛ ساختار تغذیه‌ صفر‌‌درجه؛ رزوناتور‌ حلقه‌باز مارپیچ‌دوگانه؛ تزویج متقابل

مراجع

[1] J.-S.Hong, "Microstrip filters for rf/microwave applications", 2nd.ed., John Wiley and Sons. New York, 2011.

[2] C.-M.Tsai, S.-Y.Lee, C.-C.Tsai, "Performance of a planar filter using A 0° feed structure", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 50, No. 10, pp. 2362–2367, Oct. 2002.

[3] C.-Y. Chen, C.-Y. Hsu, H.-R. Chuang, "Design of miniature planar dual-band filter using dual feeding structures and embedded resonators", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 16, No. 12,  pp. 669-671, Dec. 2006.

[4] W. Xue, C.-H. Liang, X.-W.Dai, J.-W. Fan, "Design of miniature planar dual-band filter with 0° feed structures", Progress in Electromagnetics Ressearch, Vol. 77, pp. 493-499, 2007.

[5] W.-Y. Chen, M.-H. Weng, S.-J. Chang, H. Kuan, "A high selectivity dual-band filter using ring-like sir with embedded coupled open stubs resonators", Journal of Electromagnetics Waves and Applications, Vol.25, pp. 2011-2021, Aug. 2011.

[6] C.-F. Chen, T.-Y. Huang, R.-B. Wu, "Design of dual- and triple-passband filters using alternately cascaded multiband resonators", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 54, No. 9, pp. 3550–3558, Sep. 2006.

[7] Z. Yao, C. Wang, N.Y. Kim, "A compact dual-mode dual-band bandpass filter using stepped-impedance open-loop resonators and center-loaded resonators", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 55, No. 12, pp. 3000-3005, Dec. 2013.

[8] J.W. Fan, C.H. Liang, B. Wu, "Dual-band filter using equal-length split-ring resonators and zero-degree feed structure", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 50, No. 4, pp. 1098-1101, April. 2008.

[9] R.-Y. Yang, K. Hon, C.-Y. Hung, C.-S. Ye, "Design of dual-band bandpass filters using a dual feeding structure and embedded uniform impedance resonators", Progress in Electromagnetics Research, Vol. 105, pp. 93-102, 2010.

[10] M.-L.Chuang, "Cascaded dual band coupled-fed microstrip open-loop filter", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 45, No. 6, pp. 519-522, June. 2005.

[11] K. Song, F. Zhang, C. Zhunge, Y. Fan, "Compact dual-band bandpass filter using spiral resonators and short-circuitd stub-loaded resonators", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.55, No.6,pp.1393-1398,Jun. 2013.

[12] C.-Y. Chen, C.-Y. Hsu, "A simple and effective method for microstrip dual-band filters design", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 16, No. 5,  pp. 246-248, May. 2006.

[13] G.-C. Wu, G. Wang, J.G. Liang, X.-J. Gao, L. Zhu, "Miniaturised microstrip dual-band bandpass filter using novel symmetric double-spiral resonators for WLAN application", Electronics Letters, Vol. 51, No. 15, pp. 1177-1178, July. 2015.

[14] M. Gholipoor, M.A. Honarvar, "Design and simulation of a novel UWB bandpass filter with compact size, wide upper stopband and four mode-resonances in passband", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology (JIPET), Vol. 6, No. 22, pp. 57-62, 2015.

[15] M. Karimiyan, P. Seyed eftetahi, A.M. Khezri, "Design, simulation and fabrication of a wideband filter using multi-mode resonators in three layer stripline structure", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology (JIPET), Vol. 1, No. 4, pp. 33-40, 2010.

[16] J.S. Hong, M.J. Lancaster, "Microstrip filters for rf/microwave applications", John Wiley&Sons, New York, 2001.