การออกแบบตัวกรอง bandpass สองแบนด์ที่เป็นนวัตกรรม

ระบบการสื่อสารที่ทันสมัยมักใช้ตัวกรองแบนด์แบนด์แบบคู่เพื่อแยกแถบปฏิบัติการที่แตกต่างกันในเครือข่ายเดียวกัน ขนาดการออกแบบแบบดั้งเดิมของตัวกรองดังกล่าวมีขนาดค่อนข้างใหญ่และต้องการเครือข่ายรวมเพิ่มเติมสำหรับตัวกรองสองตัว อย่างไรก็ตามวิธีการออกแบบตัวกรอง bandpass แบบดูอัลแบนด์ที่กล่าวถึงในรายละเอียดในบทความนี้อาจมีขนาดเล็กมาก โครงสร้างของมันค่อนข้างง่ายประกอบด้วยสอง resonators เกลียวแยกแบบสิว (ASSR) เรียงซ้อนกับสาย microstrip เนื่องจากเรขาคณิตเกลียวโดยธรรมชาติของ ASSR ทำให้ ASSR สามารถฝังได้อย่างสมบูรณ์ในสาย microstrip ดังนั้นขนาดการออกแบบขั้นสุดท้ายจึงสามารถลดขนาดได้ บทความนี้ยังวิเคราะห์การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมและตรวจสอบวิธีการออกแบบนี้ด้วยต้นแบบ ตัวกรองสองแถบสองตัวทำงานระหว่าง 1.16 GHz และ 1.84 GHz และระหว่าง 1.80 GHz และ 2.45 GHz ตามลำดับ

อุตสาหกรรมได้ใช้ความพยายามอย่างมากในการย่อขนาดตัวกรอง bandpass แบบสองแบนด์ ตัวอย่างเช่นตัวกรองข้ามคู่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ ในวิธีการออกแบบนี้มีการใช้ Resonator แยกวงแหวนแบบสามมิติที่มีลักษณะการตอบสนองความถี่เรโซแนนท์คู่เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบตัวกรอง ในตัวอย่างหนึ่งตัวกรอง bandpass แบบ dual-band cross-coupled ถูกสังเคราะห์โดยใช้ resonators สี่ตัวและตำแหน่งสัมพัทธ์ของ resonators เหล่านี้จะต้องปรับแต่งอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ที่เหมาะสม น่าเสียดายที่การใช้ resonators สี่ตัวส่งผลให้ประสิทธิภาพการสูญเสียการแทรกลดลงและความยากลำบากในการบรรลุขนาดกะทัดรัด (โดยเฉพาะมิติตัดขวาง)

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ Resonator แบบเปิดและต้นขั้วแบบเปิดขนานเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบตัวกรอง bandpass แบบ dual-band ขนาดกะทัดรัด ออกแบบและผลิตที่นี่เป็นสามตัวกรองสองแบนด์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการปฏิเสธนอกวง ในต้นแบบเหล่านี้ passband ที่สองสามารถควบคุมได้โดยการปรับตำแหน่งและความยาวของต้นขั้วเปิดแบบขนานโดยเฉพาะ นอกจากนี้ยังมีตัวกรอง bandpass แบบ dual-band micro-planar โดยใช้ Resonator stepped stepped stepped (SIR) การตอบสนองแบบสองแบนด์ของตัวกรองนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตหลักของ SIR ในขณะที่ขนาดกะทัดรัดทำได้โดยการรวมรูปตัวยูเข้ากับกลไกการมีเพศสัมพันธ์ล่าสุด ตัวกรอง bandpass แบบสองแบนด์ขนาดเล็กยังถูกนำมาใช้โดยใช้โครงสร้างการมีเพศสัมพันธ์แบบรวมของความยาวคลื่นในไตรมาสสั้นและเปิดกว้าง โดยสรุปวิธีการออกแบบตัวกรองแบบดูอัลแบนด์ที่แตกต่างกันเหล่านี้ขึ้นอยู่กับหน่วยพื้นฐานที่มีโหมดเรโซแนนท์คู่

บทความนี้มีวิธีการออกแบบที่แตกต่างกันสำหรับการสร้างตัวกรอง bandpass แบบ dual-band ในวิธีการใหม่นี้ตัวกรองประกอบด้วยสอง cascaded assrs ที่เชื่อมต่อด้วยเส้น microstrip ASSRS เหล่านี้เป็นรุ่นที่ได้รับการปรับปรุงของหน่วย Resonator Double Helix Double Plane และ Resonator เกลียวแบบแยกสมมาตร เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตพิเศษ ASSR นี้สามารถฝังได้อย่างสมบูรณ์ในสายฟีด microstrip เพื่อสร้างส่วนประกอบที่สอดคล้องกันโดยตรงด้วยมิติตัดขวางขนาดกะทัดรัด โดยทั่วไป ASSR เป็นหน่วย band-pass ที่ทำงานโดยการมีเพศสัมพันธ์แม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ในการออกแบบปัจจุบัน passband แรกขึ้นอยู่กับ passband โดยธรรมชาติของ ASSR ในขณะที่ passband ที่สองถูกสร้างขึ้นโดยการรวมกันของเครือข่ายอิมพีแดนซ์ที่เท่ากันของ ASSRs และสาย microstrip ที่เชื่อมต่อ ดังนั้น passband ที่สองสามารถปรับได้อย่างอิสระจาก passband แรกโดยใช้ความยาวของสาย microstrip ที่เชื่อมต่อเป็นพารามิเตอร์ตัวแปร ข้อสรุปนี้จะได้รับการตรวจสอบโดยการวิเคราะห์แบบจำลองวงจร

จากการวิเคราะห์นี้เราได้ออกแบบและประดิษฐ์ตัวกรอง bandpass สองแบนด์ที่แตกต่างกันสองตัวเพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการวิเคราะห์ ตามความรู้ของเราตัวกรอง bandpass แบบดูอัลแบนด์เหล่านี้เป็นตัวกรองที่แคบที่สุดที่รายงานในวรรณกรรมทั้งหมดจนถึงปัจจุบันเนื่องจากมิติแบบตัดขวางขนาดกะทัดรัดโดยเฉพาะ

รูปที่ 1: เค้าโครงแสดง ASSR (A) และตัวกรอง bandpass สองแบนด์ที่แนะนำ (B) ตัวกรองนี้ใช้ ASSRS คู่หนึ่งและสายส่ง microstrip ที่เชื่อมต่อกับมัน

รูปที่ 1 แสดงเค้าโครง ASSR (A) และตัวกรองที่แนะนำ (B) ที่ใช้ในตัวกรอง bandpass สองแบนด์นี้ ASSR แต่ละตัวประกอบด้วยรูปแบบเกลียวรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบบอสมมาตรสองแบบแยกกัน เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตแบบหมุนของเกลียวสี่เหลี่ยมจึงสามารถฝังตัวหน่วยที่กำหนดไว้ภายในเส้น microstrip ทำให้เกิดมิติแบบตัดขวางขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษ ดังนั้น ASSR บรอดแบนด์ W1 ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงที่ 4.6 มม. ซึ่งเทียบเท่ากับความกว้างของเส้น microstrip 50Ωที่ประดิษฐ์ขึ้นบนพื้นผิว RT/DUROID 5880 ROGERS ของ ROGERS (PCB) ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ของสารตั้งต้นนี้คือ 2.2 ความหนาคือ 1.5 มม. ค่าวัสดุเหล่านี้ยังใช้สำหรับการจำลอง ค่าสำหรับขนาด W3 และ W4 มี จำกัด เนื่องจากข้อ จำกัด ที่กำหนดโดยความคลาดเคลื่อนของการผลิตวงจร (ประมาณ 0.1 มม. ที่ W1 = 4.6 มม.) สำหรับการออกแบบตัวกรอง bandpass แบบคู่เหล่านี้ค่าสำหรับ W3 = 0.6 มม. และ W4 = 0.3 มม. จะใช้ที่นี่ ในรูปแบบทั่วไปของตัวกรองสาย microstrip คู่ค่าเหล่านี้จะรองรับคุณสมบัติ bandpass ที่มีประสิทธิภาพผ่านการเชื่อมต่อแม่เหล็กไฟฟ้า การทำนายนี้จะได้รับการตรวจสอบโดยวิธีการวิเคราะห์พารามิเตอร์ของ L1 (พารามิเตอร์การปรับหลักของตัวกรอง bandpass) และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 2