АДАПТИВНИЙ СМУГОВИЙ ФІЛЬТР МІКРОХВИЛЬОВОГО ДІАПАЗОНУ ЧАСТОТ
Ключові слова:
кільцевий резонатор, смуговий фільтр, адаптивний фільтр, мікрохвильовий діапазон частотАнотація
Розроблено та досліджено адаптивні фільтри мікрохвильового діапазону частот з можливістю статичного та динамічного контролю смуги робочих частот. Зростаючі вимоги до точності та ефективності роботи систем передачі сигналів вимагають нових підходів до проектування фільтрів, які здатні адаптуватися до змін у зовнішньому середовищі та умовах експлуатації. Для досягнення цієї мети у статті використано кільцеві резонатори, що є планарними структурами на діелектричній підкладці. Ці резонатори є одним із найперспективніших елементів для створення мікрохвильових фільтрів завдяки їхній простій конструкції та можливістю точного їх налаштування. У мікрохвильовому представленні кільцевий резонатор діє як резонансний коливальний LC-контур. Особливістю розглянутих фільтрів є можливість контролю резонансних характеристик контуру двома шляхами: статичним та динамічним. Статичний контроль здійснюється шляхом зміни геометричних параметрів кільцевого резонатора. У ході роботи проведено експерименти, коли змінювалася відстань між кільцевими резонаторами на значення h = [0,37, 0,51, 0,66, 0,81, 0,96] мм. Це дозволило досягти зміни смуги робочих частот з 250 МГц до 60 МГц на рівні 0,707. Такий підхід є ефективним для налаштування фільтра на певний діапазон частот на етапі проектування або виготовлення. Динамічний контроль досягається за рахунок використання варакторного діоду, що вмонтовується в додатковий розріз кільцевого резонатора. Варакторний діод є напівпровідниковим пристроєм, який діє як змінна ємність, керована напругою зміщення. Наявність варакторного діоду в структурі кільцевого резонатора дозволяє змінювати його імпеданс зміною загальної ємності контуру. Дослідження показало, що варіювання напруги зміщення від 1 до 7 В, прикладеної до варакторного діоду, забезпечує керування смугою робочих частот у діапазоні до 140 МГц. Через це фільтр стає універсальнішим і дозволяє швидко адаптувати його до змінних умов експлуатації без необхідності фізичної перебудови. Додатково у статті розглянуто принцип роботи досліджуваного фільтра з погляду електромагнітних (ЕМ) процесів, що відбуваються в зоні реактивної близькопольової взаємодії. Це дало можливість якісно продемонструвати, як фільтр працює в межах робочого діапазону частот і поза ним. Таке розуміння дозволяє точніше моделювати поведінку фільтра в реальних умовах і забезпечувати оптимальні характеристики під час роботи.
Посилання
J. Yu, and J. Zhang, “Recent progress on high-speed optical transmission,” Digit. Commun. Netw., vol. 2, no. 2, pp. 65-76, 2016.
N. Hassan, K.-L. A. Yau, and C. Wu, “Edge Computing in 5G: A Review,” IEEE Access, vol. 7, pp. 127276-127289, 2019.
J. Fan, X. Ye, J. Kim, B. Archambeault, and A. Orlandi, “Signal integrity design for high-speed digital circuits: Progress and directions,” IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 52, no. 2, pp. 392-400, 2010.
P. Bhartia, and P. Pramanick, Modern RF and microwave filter design. Norwood, MA: Artech House, 2016.
D. Gibson, Digital Communications: Introduction to Communication Systems, 1st ed. Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 2023.
J. Hong, Ed., Advances in Planar Filters Design. Stevenage, England: Institution of Engineering and Technology, 2019.
S. Mahon, “The 5G effect on RF filter technologies,” IEEE Trans. Semicond. Manuf., vol. 30, no. 4, pp. 494-499, 2017.
B. A. Belyaev, A. M. Serzhantov, A. A. Leksikov, Y. F. Bal’va, and A. A. Leksikov, “Novel high-quality compact microstrip resonator and its application to bandpass filter,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 25, no. 9, pp. 579-581, 2015.
L. Athukorala, and D. Budimir, “Compact dual-mode open loop microstrip resonators and filters,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 19, no. 11, pp. 698-700, 2009.
J.-S. Hong, and S. Li, “Theory and experiment of dual-mode microstrip triangular patch resonators and filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 4, pp. 1237-1243, 2004.
B. Ellis, “The printed circuit board industry: An environmental best practice guide,” Circuit World, vol. 27, no. 2, pp. 24-24, 2001.
H. Shamkhalichenar, C. J. Bueche, and J.-W. Choi, “Printed circuit board (PCB) technology for electrochemical sensors and sensing platforms,” Biosensors (Basel), vol. 10, no. 11, pp. 159, 2020.
J. Martel et al., “A new LC series element for compact bandpass filter design,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 14, no. 5, pp. 210-212, 2004.
M. Jiang, L.-M. Chang, and A. Chin, “Design of dual-passband microstrip bandpass filters with suppression of higher order spurious response,” in 2009 Asia Pacific Microwave Conference, 2009.
H. N. Shaman, “New S-band bandpass filter (BPF) with wideband passband for wireless communication systems,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 22, no. 5, pp. 242-244, 2012.
Y. I. A. Al-Yasir et al., “Mixed‐coupling multi‐function quint‐wideband asymmetric stepped impedance resonator filter,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 61, no. 5, pp. 1181-1184, 2019.
R. K. Maharjan and N.-Y. Kim, “Microstrip bandpass filters using window hairpin resonator and T-feeder coupling lines,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 39, no. 5, pp. 3989-3997, 2014.
S.-C. Lin, C.-H. Wang, Y.-W. Chen, and C. H. Chen, “Improved Combline Bandpass Filter with Multiple Transmission Zeros,” in 2007 Asia-Pacific Microwave Conference, 2007.
Y.-M. Chen, S.-F. Chang, C.-C. Chang, and T.-J. Hung, “Design of stepped-impedance combline bandpass filters with symmetric insertion-loss response and wide stopband range,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 10, pp. 2191-2199, 2007.
Y. Al-Yasir, N. Ojaroudi Parchin, R. Abd-Alhameed, A. Abdulkhaleq, and J. Noras, “Recent progress in the design of 4G/5G reconfigurable filters,” Electronics (Basel), vol. 8, no. 1, pp. 114, 2019.
M. Moradian, and H. Oraizi, “Optimum design of microstrip parallel coupled-line band-pass filters for multi-spurious pass-band suppression,” IET Microw. Antennas Propag., vol. 1, no. 2, pp. 488, 2007.
R. Schwindt, and C. Nguyen, “Spectral domain analysis of three symmetric coupled lines and application to a new bandpass filter,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 42, no. 7, pp. 1183-1189, 1994.
J.-T. Kuo, E. Shih, and W.-C. Lee, “Design of bandpass filters with parallel three-line coupled microstrips,” in APMC 2001. 2001 Asia-Pacific Microwave Conference (Cat. No.01TH8577), 2002.
H. N. Shaman, and J.-S. Hong, “Wideband bandpass microstrip filters with triple coupled lines and open/short stubs,” in 2007 Asia-Pacific Microwave Conference, 2007.
C.-F. Chang, and S.-J. Chung, “Bandpass filter of serial configuration with two finite transmission zeros using LTCC technology,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 53, no. 7, pp. 2383-2388, 2005.
J.-S. Wong, and M. J. Lancaster, “Microstrip filters for RF/microwave applications [book review],” IEEE Microw. Mag., vol. 3, no. 3, pp. 62-65, 2002.
H. Islam, S. Das, T. Bose, and T. Ali, “Diode based reconfigurable microwave filters for cognitive radio applications: A review,” IEEE Access, vol. 8, pp. 185429-185444, 2020.
W. Y. Sam, and Z. Zakaria, “The investigation of the varactor diode as tuning element on reconfigurable antenna,” in 2016 IEEE 5th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP), 2016.
J. A. I. Araujo et al., “Reconfigurable Filtenna using Varactor Diode for Wireless Applications,” J. Microw. Optoelectron. Electromagn. Appl., vol. 20, no. 4, pp. 834-854, 2021.
R. Marques, F. Mesa, J. Martel, and F. Medina, “Comparative analysis of edge- and broadside-coupled split ring resonators for metamaterial design – Theory and experiments,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 51, no. 10, pp. 2572-2581, 2003.
“Mutual inductance and capacitance algorithm,” Studylib.net, 30-Sep-2016. [Online]. Available: https://studylib.net/doc/18617476/mutual-inductance-and-capacitance-algorithm. Accessed: 11-Aug-2024.
R. Marques, F. Mesa, J. Martel, and F. Medina, “Comparative analysis of edge- and broadside-coupled split ring resonators for metamaterial design – Theory and experiments,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 51, no. 10, pp. 2572-2581, 2003.
C. A. Balanis, Antenna theory: Analysis and design, 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell, 2016.
“BB135 datasheet (3/8 pages) PHILIPS,” Alldatasheet.com. [Online]. Available: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/16045/PHILIPS/BB135/742/3/BB135.html. Accessed: 11-Aug-2024.
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
