Thiết kế bộ lọc ba băng tần mới có thể điều khiển độc lập cho ứng dụng truyền thông không dây

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> THIẾT KẾ BỘ LỌC BA BĂNG TẦN MỚI CÓ THỂ ĐIỀU KHIỂN<br /> ĐỘC LẬP CHO ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY<br /> Nguyễn Đức Uyên1*, Lê Vĩnh Hà2<br /> <br /> Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một phương pháp thiết kế mới bộ lọc đa băng có thể<br /> điều khiển độc lập được dựa trên đường truyền vi dải cải tiến. Cấu trúc bộ cộng<br /> hưởng đoạn chêm hình chữ thập được kết hợp thành một bộ cộng hưởng nửa bước<br /> sóng đồng nhất để đạt được một bộ lọc ba băng tần có tính chọn lọc cao. Vị trí của<br /> mỗi dải thông có thể được điều chỉnh độc lập bằng cách thay đổi chiều dài của<br /> đường vi dải, tương ứng. Một bộ lọc vi ba ba băng tần đã được chế tạo và thử<br /> nghiệm. Các kết quả thử nghiệm cho thấy tiệm cận với kết quả mô phỏng. Bộ lọc<br /> được thiết kế có những ưu điểm đơn giản trong quy trình lựa chọn dải thông độc<br /> lập, cải thiện tính chọn lọc.<br /> Từ khoá: Bộ lọc; Đường truyền; Đoạn chêm; Dải thông.<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Công nghệ thông tin không dây hiện đại đã không ngừng phát triển, các tiêu chuẩn<br /> truyền thông mới đã xuất hiện, và việc phân chia tài nguyên phổ tần đã ngày càng mở rộng<br /> nhanh chóng. Bộ lọc đa băng tần là một trong những thiết bị quan trọng không thể thiếu<br /> trong các hệ thống thông tin đa tần số, nó đã và đang được quan tâm nghiên cứu một cách<br /> nghiêm túc, rộng rãi. Điểm mấu chốt trong các thiết bị hiện tại là bộ lọc đa băng tần nhỏ<br /> gọn, chi phí thấp, tích hợp dễ dàng, và hiệu suất cao. Các dịch vụ phổ biến nhất, chẳng hạn<br /> như Wi-Fi, WiMax, nhận dạng tần số vô tuyến (RFID), 4G, v.v., đã được giới thiệu [1].<br /> Do đó, các thiết bị truyền thông đa băng (như antennas, bộ khuếch đại, bộ lọc trộn, v.v.) đã<br /> được phát triển [2-4]. Một trong những thành phần giới hạn chính của hệ thống là các bộ<br /> lọc đa băng tần hiệu suất cao [5]. Các học giả đã được khuyến khích để thiết kế và chế tạo<br /> các bộ lọc băng thông siêu rộng và nhiều băng tần. Một số bộ lọc hai, ba băng đã được<br /> thiết kế bằng cách khai thác cộng hưởng hai chế độ [6-7], tuy nhiên, thiết kế này vẫn còn<br /> khá phức tạp. Kỹ thuật đơn giản nhất để triển khai một bộ lọc đa băng là kết nối các bộ lọc<br /> khác nhau để có một bộ lọc đa băng tần [8]. Nhà thiết kế cũng có thể chèn một bộ lọc chặn<br /> dải vào một bộ lọc băng rộng để thu được một bộ lọc nhiều băng [9]. Một số ví dụ có thể<br /> được tìm thấy chẳng hạn như các bộ cộng hưởng vòng hở với đoạn chêm hở mạch, các bộ<br /> cộng hưởng trở kháng bậc, và các đường feed vi dải ghép song song [10-14], mặc dù<br /> phương pháp này đơn giản, nhưng cấu trúc thiết kế của bộ lọc này lớn do được ghép các<br /> bộ lọc khác nhau lại, tổn hao chèn cũng lớn và chúng rất khó điều chỉnh độc lập cho mỗi<br /> dải thông dự kiến.<br /> Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu một bộ lọc ba băng nhỏ gọn cho việc nhận<br /> dạng tần số vô tuyến (RFID) và các ứng dụng không dây. Bộ lọc sử dụng các bộ cộng<br /> hưởng hình chữ nhật với đoạn chêm hình chữ thập và một bộ cộng hưởng nửa bước sóng<br /> đồng nhất.<br /> Bộ lọc đề xuất đã đạt được ba dải thông khác nhau được điều khiển độc lập trong phạm<br /> vi từ 1.8~2.2 GHz cho WLAN/4G, 2.4~2.7 GHz cho Wifi/RFID, và 3.4~3.6 GHz cho các<br /> ứng dụng WiMAX và mạng 4G/5G. Lý thuyết của bộ lọc được giải thích trong phần 2.<br /> Sau đó, bộ lọc được đề xuất được mô phỏng bằng phần mềm HFSS và được chế tạo bằng<br /> công nghệ mạch in hai lớp. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm được trình bày trong phần 3<br /> và phần 4, tương ứng. Và phần cuối cùng là kết luận.<br /> <br /> <br /> <br /> 86 N. Đ. Uyên, L. V. Hà, “Thiết kế bộ lọc ba băng tần … ứng dụng truyền thông không dây.”<br /> Nghiên ccứu<br /> ứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Cấu<br /> Cấu trúc trên HFSS 15.0 ccủa<br /> ủa bộ lọc đề xuất với các bộ cộng hhư<br /> ưởng<br /> ởng đoạn ch<br /> chêm<br /> êm.<br /> 2. CẤU<br /> CẤU TRÚC CỦA BỘ LỌC<br /> Cấuấu trúc của bộ lọc đđư ợc đề xuất đđược<br /> ược ợc tr<br /> trình<br /> ình bày trong hình 1. CCấuấu trúc bộ lọc có một<br /> số<br /> ố tính năng nổi bật nhnhư:<br /> ư: ba băng ttần<br /> ần dải thông đđư<br /> ược<br /> ợc điều chỉnh độc lập, độ lựaựa chọn cao,<br /> nhỏ gọn, đđơn<br /> nhỏ ơn giản<br /> giản và<br /> và giá thành th<br /> thấp.<br /> ấp. Bộ lọc vi dải đđược<br /> ợc thiết kế tr<br /> trên<br /> ên một<br /> một chất nền với hằng<br /> số<br /> ố điện môi 2.2, chiều ddày<br /> ày 0.508 mm và tang ttổn ổn hao 0.0009.<br /> Như đãđã trình bày trong hình 1, bbộ ộ lọc bao gồm bộ cộng hhưởngởng bbên<br /> ên ngoài và bên trong.<br /> Trước tiên là bbộộ cộng hhưởng<br /> Trước ởng hình<br /> hình chữ<br /> chữ nhật đoạn chchêm<br /> êm hình ch<br /> chữữ thập và<br /> và sau đó là bộ<br /> bộ cộng<br /> hưởng nửa bbư<br /> hưởng ước<br /> ớc sóng. Cấu trúc vvòng<br /> òng llặp<br /> ặp mở đđược<br /> ợc sử dụng để ghép các tín hiệu RF giữa<br /> các bbộ<br /> ộ cộng hhư<br /> ưởng<br /> ởng làm<br /> làm cho mmạch<br /> ạch nhỏ gọn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. C<br /> Cấu<br /> ấu trúc của bộ cộng hhư ưởng<br /> ởng đoạn ch<br /> chêm<br /> êm hình ch<br /> chữữ thập (a);<br /> Mạch<br /> Mạch tương đương chchếế độ lẻ (b); Mạch ttương<br /> ương đương ch<br /> chếế độ chẵn (c)<br /> (c).<br /> A. Bộộ cộng h hư<br /> ưởng<br /> ởng đoạn ch êm chữ<br /> chêm chữ thập<br /> Bộộ cộng hhưưởng<br /> ởng đoạn ch êm chữ<br /> chêm chữ thập đđược<br /> ợc đề xuất llàà một<br /> một biến thể của bộ cộng hhưởng<br /> ởng<br /> đoạn ch<br /> đoạn chêm<br /> êm hởhở mạch. Như đư được<br /> ợc thể hiện trong hhình<br /> ình 2a, ccấu<br /> ấu trúc đối xứng tự nhi<br /> nhiên<br /> ên trong<br /> hình 2a có ththểể đư<br /> được<br /> ợc áp dụng để phân tích chế độ chẵn lẻ cho bộ cộng hhưởng ởng này<br /> này [12].<br /> Hình 2b và hình 2c ch chỉỉ ra mạch ttương<br /> ương đương ccủa<br /> ủa chế độ chẵn vvàà chế<br /> chế độ lẻ, tương<br /> tương ứng.<br /> a) Phân tích vvới<br /> ới chế đđộộ lẻ<br /> Các tín hihiệu<br /> ệu RF đi vvào ào hai ph<br /> phần<br /> ần đối xứng có độ lớn bằng nhau vvàà ngư ngược<br /> ợc chiều<br /> nhau. Kết<br /> Kết quả là,<br /> là, đi<br /> điện<br /> ện áp thu đđưược<br /> ợc bằng không tại mặt phẳng O O-O’<br /> O’ tạo<br /> tạo ra một điểm đối<br /> xứng<br /> ứng đoản mạch nh nhưư trong hhình<br /> ình 2(b), do đó,<br /> đó dẫnẫn nạp đầu vvào ào được<br /> được thể hiện bởi<br /> phương trtrình<br /> ình (1):<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số 56, 08 - 2018<br /> 2018 87<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> <br /> , = (1)<br /> 2<br /> Trong đó, chiều dài điện của bộ cộng hưởng là  = L là hằng số lan truyền phức của<br /> tín hiệu RF trong đường vi dải.<br /> Điều kiện cộng hưởng là Yin,odd = 0. Do đó, tần số cơ bản cho cộng hưởng ở chế độ lẻ<br /> được thể hiện bởi phương trình (2):<br /> (2 − 1)<br /> = (2)<br /> 2<br /> Trong đó, n = 1, 2… là số nguyên biểu thị hài của bộ lọc, c là vận tốc ánh sáng trong<br /> không gian tự do, eff là hằng số điện môi của vật liệu chất nền [13]. Qua đó thấy rằng, tần<br /> số ở chế độ lẻ không phụ thuộc vào chiều dài của đoạn chêm hình chữ thập (Lb , Lc).<br /> b) Phân tích chế độ chẵn<br /> Từ mạch tương đương chế độ chẵn của bộ cộng hưởng đoạn chêm như được biểu diễn<br /> trong hình 2(c), dẫn nạp đầu vào được thể hiện bởi phương trình (3).<br /> ( ⁄ )<br /> ( ⁄ )<br /> ( ⁄ )<br /> , = ( ⁄ ) (3)<br /> ( ⁄ )<br /> ( ⁄ )<br /> <br /> Điều kiện cộng hưởng là Yin,even = 0. Do đó, tần số cộng hưởng cơ bản cho cộng hưởng<br /> chế độ chẵn được thể hiện bởi phương trình (4):<br /> =( )<br /> (4)<br /> <br /> Từ công thức (4), có thể nhận thấy rằng chiều dài Lb và Lc của đoạn chữ thập chỉ ảnh<br /> hưởng đến tần số chế độ chẵn, không ảnh hưởng ở chế độ lẻ và có thể được điều chỉnh độc<br /> lập để đạt được tần số cộng hưởng của dải thông mong muốn.<br /> B. Bộ cộng hưởng nửa bước sóng<br /> Bộ cộng hưởng nửa bước sóng là một cấu trúc đơn giản được mô tả chi tiết trong [5].<br /> Tần số cộng hưởng của cấu trúc nửa bước sóng được tính bằng<br /> = (5)<br /> <br /> Trong đó, L là chiều dài vật lý của bộ cộng hưởng.<br /> 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Cấu trúc hình học của bộ lọc ba băng thông đề xuất.<br /> <br /> <br /> 88 N. Đ. Uyên, L. V. Hà, “Thiết kế bộ lọc ba băng tần … ứng dụng truyền thông không dây.”<br /> Nghiên ccứu<br /> ứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Phần này<br /> Phần này bao gồm<br /> gồm thiết kế<br /> kế ba băng thông của bộ lọc vvàà mô ph phỏng<br /> ỏng cấu trúc dựa tr trên<br /> ên<br /> phần<br /> ph ần mềm HFSS. Cấu trúc với chiều ddài ài ccủa<br /> ủa các đđường<br /> ờng vi dải đđư<br /> ược<br /> ợc thể hiện chi tiết trong<br /> hình 3. Đường<br /> Đường truyền đầu vvàoào và đđầu<br /> ầu ra của bộ lọc có trở kháng đặc tính 50Ω.<br /> a) Thiết<br /> Thiết kế băng thông<br /> Tần<br /> ần số cộn<br /> cộngg hư<br /> hưởng<br /> ởng mong muốn của bộ lọc đđược ợc tính bằng:<br /> = = ((1.8<br /> 8~2 2.2 ) (6))<br /> = ( )<br /> = (2.4~<br /> (2<br /> ( ~2..7 ) (7))<br /> =( )<br /> = ((3..2~<br /> ~3.5<br /> 5 ) (8))<br /> <br /> Trong đó<br /> đó, = + 2 + 2 + + được được cố định khoảng 50mm với chiều rộng<br /> 1mm.<br /> tần số f01, f02, f03 tương ứng với tần số cộng hhư<br /> Các tần ưởng<br /> ởng chế độ lẻ ccơơ bản<br /> bản (ph ương tr<br /> (phương trình<br /> ình<br /> 2), ttần<br /> ần số cộng hhưưởng<br /> ởng nửa bbướcớc sóng (ph<br /> (phương<br /> ương tr<br /> trình<br /> ình 5) và tần<br /> ần số cộng hhư<br /> ưởng<br /> ởng cơ<br /> cơ bbản<br /> ản chế độ<br /> lẻẻ (ph<br /> (phương<br /> ương trình<br /> trình 4)<br /> 4).<br /> b) Kếtết quả mô phỏng<br /> Kết<br /> ết quả mô phỏng ảnh hhư ởng của L3, L6, và L8 vềề đáp ứng tần số của bộ lọc đđư<br /> ưởng ược<br /> ợc thể<br /> hiện<br /> ện trong hhình<br /> ình 4, hình 5 và hình 6. Trong các hình này, các đường đường vạch liền với hhình<br /> ình<br /> vuông, hình tr tròn ấu tam giác đánh dấu biểu diễn f01, f02, f03 tương ứng.<br /> òn và ddấu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Ảnh hhưởng<br /> ởng của L3 lên băng thông<br /> thông.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Ảnh hư<br /> hưởng<br /> ởng của L6 lên băng thông<br /> thông.<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số 56, 08 - 2018<br /> 2018 89<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Ảnh hư<br /> hưởng<br /> ởng của L8 lên băng thông<br /> thông.<br /> Từừ hình<br /> hình 4 nhận<br /> nhận thấy rằng tăng chiều ddài ài ccấu<br /> ấu trúc bbên<br /> ên ngoài thì ttần<br /> ần số cộng hhưởng ởng ccơ ơ<br /> ản chế độ lẻ f01 gi<br /> bản giảm<br /> ảm,, và ch<br /> chếế độ chẵn ccơ ản của nó llàà băng thông f03 ít bị<br /> ơ bbản bị thay đổi. Trong<br /> khi đó, ttầnần số cộng hhư ưởng<br /> ởng của cấu trúc cộng hhưởng ởng nửa bbước ớc sóng bbên<br /> ên trong llạiại tạo ra<br /> băng thông thư hai f02 của ủa bộ lọc. Tuy nhi nhiênên, tầnần số cộng hhư ởng f02 trong ph<br /> ưởng phạmạm vi<br /> (2.4~2.7)<br /> (2.4~ 2.7) GHz ph phụụ thuộc vvào<br /> ào toàn bộ bộ chiều ddài ài của<br /> của cấu trúc nửa bbư ước<br /> ớc sóng đồng nhất vvàà<br /> như đưđược<br /> ợc tính theo phphương<br /> ương tr ình (7) [5]<br /> trình [5].<br /> Và ảnh hư hưởng<br /> ởng của chiều ddài ài bộ<br /> bộ cộng hhưởngởng thứ hai ((L L6) trên các băng thông khác nhau<br /> được thể hiện<br /> được hiện trong mô phỏng ở hhình ình 5. Có th thểể nhận thấy rằng, khi L6 càng llớn ớn thì<br /> thì ttần<br /> ần số<br /> cộng<br /> ộng hhư ởng thứ hai (ff02) càng nhỏ<br /> ưởng nhỏ,, trong khi các ttần ần số cộng hhưởng<br /> ởng thứ nhất gần nh nhưư<br /> không thay đđổi ổi và<br /> và th<br /> thứ<br /> ứ ba cố định.<br /> Tần<br /> ần số cộng hhưởngởng của băng thông thứ ba f03 phụ phụ thuộc vvàoào kích thư<br /> thước<br /> ớc tổng thể của bộ<br /> cộng<br /> ộng hhưởngởng đoạn chchêmêm hình chchữữ thập. Tần số có thể đđược ợc dịch chuyển trong một phạm vi<br /> rộng<br /> ộng ttùy<br /> ùy ch<br /> chọn<br /> ọn bằng cách điều chỉnh độc lập kích th thước<br /> ớc của đđường<br /> ờng truyền đoạn ch chêm<br /> êm hình<br /> chữ thập và<br /> chữ và được<br /> được tính theo phphương<br /> ương trình<br /> trình (8). Nh Như ư thể<br /> thể hiện trong hình 6, chchỉỉ có f03 bbịị giảm<br /> xuống bởi chiều ddài<br /> xuống ài L8 tăng lên L8 lầnlần llượt<br /> ợt llàà 7.6mm; 8.6mm và 9.6 mm mm,, và không có ảnh<br /> hưởng nào<br /> hưởng nào đốiối với các dải thông khác đđược ợc mô phỏng trong hhình ình 6.<br /> Có thể<br /> thể tóm tắt rằng bộ lọc ba băng tần có thể đđư ược<br /> ợc thiết kế với các dả<br /> dảii thông ph<br /> phụ ụ thuộc<br /> vào chi<br /> chiều<br /> ều dài<br /> dài của<br /> của đư<br /> đường<br /> ờng truyền của bộ cộng hhư ưởng<br /> ởng theo cách độc lập. Sự thay đổi chiều<br /> dài ttổng<br /> ổng thể của bộ cộng hhưởng ởng đoạn ch chêm<br /> êm hình ch chữữ thập bbên<br /> ên ngoài không ảnh hhưởng ởng tới<br /> tần<br /> ần số cộng hhư ưởng<br /> ởng của bộ cộng hhư ưởng<br /> ởng nửa bbước ớc sóng bbênên trong (hình 55).). M ặc dù<br /> Mặc d cảả hai<br /> tần<br /> ần số cộng hhư ưởng<br /> ởng chế độ chẵn vvàà cộng<br /> cộng hhưởngởng chế độ lẻ đều bị ảnh hhưởng lẫn nhau bằng<br /> cách điđiều<br /> ều chỉnh chiều ddàiài L3, liên quan tớitới chiều ddài ài tổng<br /> tổng thể La (hình 4), lúc đầuầu khi thay<br /> đổi đ ợc f03 như th<br /> ổi L8 đểể thu được thểể hiện trong hhình<br /> ình 6.<br /> 4. THI<br /> THIẾT<br /> ẾT K<br /> KẾ<br /> Ế BỘ LỌC<br /> Một bộ lọc vi ba ba băng tần với cấu trúc nhỏ gọn đđược<br /> Một ợc đề xuất vvàà thiết<br /> thiết kế với cấu trúc<br /> cơ bbản<br /> ản của bộ lọc đề xuất gồm bộ cộng hhưởng ưởng<br /> ởng đoạn ch chêm<br /> êm ch<br /> chữ<br /> ữ thập bên<br /> bên ngoài được<br /> được kết<br /> hợp<br /> ợp với bộ cộng hhư ưởng<br /> ởng nửa bbưước<br /> ớc sóng bbênên trong và ghép llỏng<br /> ỏng nghiêng<br /> nghiêng không đđộộ giữag ữa<br /> nguồn cấp đầu vvào/<br /> nguồn ào/ đđầu<br /> ầu ra. Tần số trung tâm của ba băng thông yyêu êu cầu<br /> cầu làlà f01 = 2 GHz, f02<br /> = 2.7 GHz, và f03 = 3.3 GHz. S Sử<br /> ử dụng quy tr trình<br /> ình thiết<br /> thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm thiết<br /> kếế HFSS. Kích th<br /> thước<br /> ớc vật lý của các đđường<br /> ờng vi dải đđưược<br /> ợc tối ưu hóa đđểể tối đa hoa tổn hao<br /> phản xạ S21 ở tần số cộng hhưởng.<br /> phản ởng. Các giá trị tối ưu hóa được<br /> được thể hiện trong bảng I, vvàà đáp<br /> ứng mô phỏng<br /> ỏng đư<br /> được<br /> ợc thể hiện trong hhình<br /> ình 8.<br /> <br /> <br /> <br /> 90 N. Đ. Uyên, L. V. Hà, “Thi<br /> “Thiết dây.””<br /> ết kế bộ lọc ba băng tần … ứng dụng truyền thông không dây.<br /> Nghiên ccứu<br /> ứu khoa học công nghệ<br /> <br /> B ảng 1. Kích thước<br /> Bảng thước vật lý của bộ lọc ba băng tần<br /> tần..<br /> Ký hi<br /> hiệu<br /> ệu Giá tr<br /> trị Đơn vvị Ký hiệu<br /> hiệu Giá tr<br /> trị Đơn vvị<br /> w 1.52 mm L3 6.00 mm<br /> w1 1.00 mm L4 7.00 mm<br /> w2 0.70 mm L5 14.6 mm<br /> d 3.05 mm L6 6.55 mm<br /> h 0.508 mm L7 6.90 mm<br /> L1 11.9 mm L8 9.60 mm<br /> L2 9.10 mm<br /> Sau khi ttối<br /> ối ưu hoá, bbộ<br /> ộ lọc được<br /> đ ợc thiết kế nhỏ gọn đđưược<br /> ợc chế tạo với quy trtrình<br /> ình mạch in hai<br /> mạch<br /> lớp<br /> ớp chi phí thấp chất llư<br /> ượng<br /> ợng tốt, chất nền llàà Rogers RT/Duroid 5880 vvớiới hằng số điện môi<br /> = 2.22 và độ<br /> độ ddày<br /> ày 0.508 mm. Hình 8 đưa ra ảnh của bộ lọc ba băng đđư ược<br /> ợc chế tạo với các<br /> tham ssố<br /> ố hình<br /> hình học<br /> học đđư<br /> ược<br /> ợc thiết kế nh<br /> nhưư trong bbảng<br /> ảng 1. Bộ lọc đđư<br /> ược<br /> ợc chế tạo đđã được<br /> được đo bằng bộ<br /> phân tích mmạng<br /> ạng Vector Agilent N5245A. Các kết quả đo đđược ợc thể hiện lại trong hhình<br /> ình 8.<br /> Các kkết<br /> ết quả mô ph phỏng<br /> ỏng vvàà thử<br /> thử nghiệm thu đđược ợc hoàn<br /> hoàn toàn phù hhợpợp với các yyêu<br /> êu ccầu<br /> ầu kỹ<br /> thuật của bộ lọc đề ra, 5 điểm truyền không của ba băng tần với vị trí của các tần số tại<br /> thuật<br /> 1.78, 2.25, 2.66, 2.93, và 3.58 GHz, tương ứng, giúp cải thiện cả hai ssư ờn của mỗi<br /> ườn<br /> băng thông.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Ảnh của bộ lọc ba băng đđư<br /> ược<br /> ợc chế tạo<br /> tạo.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. K<br /> Kết<br /> ết quả so sánh của bộ lọc ba băng tần đđược<br /> ược<br /> ợc thiết kế<br /> kế.<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số 56, 08 - 2018<br /> 2018 91<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Kết<br /> ết quả mô phỏng vvàà đo đạc<br /> đạc cuối ccùng<br /> ùng ccủa<br /> ủa sản phẩm đđược<br /> ợc chế tạo đđư<br /> ược<br /> ợc chỉ ra trong<br /> cùng hình 9. Các đường<br /> đường nét đứt m<br /> màu<br /> àu hhồng<br /> ồng và<br /> và màu xanh lá cây th<br /> thểể hiện các tham số S11 và<br /> S21 được<br /> được mô phỏng của bộ lọc trong khi các đđư ường<br /> ờng liền m<br /> màu<br /> àu xanh dương và màu nâu th thểể<br /> hiện<br /> ện các kết quả đo đạc.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. K Kết<br /> ết quả so sánh của bộ lọc ba băng tần đđược ợc thiết kế sau khi tối ưu.<br /> Bảng<br /> ảng 2 tr<br /> trình<br /> ình bày mmột<br /> ột số kết quả đo cchi<br /> hi tiết<br /> tiết của bộ lọc. B<br /> Bên<br /> ên ccạnh<br /> ạnh các thông số phổ biến<br /> của<br /> ủa tổn hao ch<br /> chènèn (S11) và ttổn<br /> ổn hao phản xạ (S21), băng thông phân đo đoạn<br /> ạn đư<br /> được<br /> ợc xác định bởi:<br /> <br /> = ((9))<br /> <br /> Và đđộ<br /> ộ lựa chọn KS đư<br /> được<br /> ợc cho bởi:<br /> <br /> = (10<br /> 10))<br /> <br /> Trong đó, BW3dB và BW20dB là băng thông ttại ại S21=-3dB<br /> = 3dB và S21=-20dB,20dB, tương ứng vvà f0<br /> là ttần<br /> ần số trung tâm của băng thông. Độ lựa chọn trong băng thông đđược ợc cải thiện khi KS<br /> →1. Đi Điều<br /> ều này<br /> này có ngh<br /> nghĩa<br /> ĩa llàà vùng chuyển<br /> chuyển tiếp ccàng<br /> àng nhỏ<br /> nhỏ thì<br /> thì sự<br /> sự suy hao ngo<br /> ngoàiài dải<br /> d ải ccàng<br /> àng tốt.<br /> tốt.<br /> Các kết<br /> kết quả đo đưđược<br /> ợc của bộ lọc ba băng đđược ợc chế tạo (suy hao của bộ kết nối /cáp đđư ược<br /> ợc<br /> hiệu<br /> ệu chỉnh) đđư ược<br /> ợc tóm tắt vvàà trích xuất<br /> xuất trong bảng 2. Tổn hao ch chèn<br /> èn ttốt<br /> ốt hơn<br /> hơn trong dảid i thông<br /> thứ<br /> ứ nhất vvàà thứ<br /> thứ hai vvàà nh<br /> nhỏỏ hhơn ại tần số trung tâm, độ lựa chọn cao KS = 2.32 trong<br /> ơn 1dB ttại<br /> dải<br /> ải thông thứ ba, trong khi tất cả các dải thông có độ rộng lần llượt ợt llàà 4.8%, 4.0% và 4.5%<br /> tương ứng với băng tần thứ nhất, thứ hai vvàà th thứ<br /> ứ ba. Bộ lọc thiết kế được<br /> được so sánh với các bộ<br /> lọc<br /> ọc ttương<br /> ương tự<br /> tự ((h<br /> hằng<br /> ằng số điện môi, dải thông, tổn hao ch chèn,<br /> èn, tổn<br /> tổn hao phản xạ, băng thông 3 dB,<br /> kích thư<br /> thước)) và so sánh đưđược ợc đưa<br /> đưa ra trong bbảng<br /> ảng 3.<br /> Bảng 2. Kết<br /> Bảng Kết quả đo của bộ lọc ba băng tần<br /> tần..<br /> Thông ssốố hiệu suất Ký hiệu<br /> hiệu Đơn vị<br /> vị Băng thứ<br /> thứ nhất<br /> nhất Băng ththứ<br /> ứ hai Băng ththứứ ba<br /> Tần<br /> ần số trung tâm f0 GHz 2.08 2.72 3.31<br /> Tổn<br /> ổn hao chchèn IL dB 0.78 3.5 1<br /> Tổn<br /> ổn hao phản xạ RL dB 60 22 30<br /> Phân đo<br /> đoạn<br /> ạn băng thông FBW % 4.8 4.0 4.5<br /> Tính llựa<br /> ựa chọn KS - 2.8 3.0 2.32<br /> <br /> <br /> <br /> 92 N. Đ. Uyên, L. V. Hà, “Thi<br /> “Thiết dây.””<br /> ết kế bộ lọc ba băng tần … ứng dụng truyền thông không dây.<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 3. Bảng so sánh một số công trình đã công bố.<br /> Công Băng thông Tổn hao chèn Tổn hao phản xạ FBW (%)<br /> trình (GHz) (dB) (dB)<br /> [4] 2.4/3.5/5.2 0.99/1.24/2.46 20/40/10 5.6/7.6/5.8<br /> [10] 1.8/2.7/3.3-4.8 2.2/2.1/1.3 >15 2.5/1.7/5<br /> [11] 2.45/3.5/5.25 2/2.4/1.7 18/16/13 2.5/1.7/5<br /> Bài báo 2/2.7/3.3 0.78/3.5/1 60/22/30 4.8/4.0/4.5<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Bài báo này giới thiệu và đưa ra một phương pháp mới trong việc thiết kế một bộ lọc<br /> ba băng tần đường truyền vi dải hiệu suất cao bằng cách sử dụng cấu trúc cộng hưởng<br /> đoạn chêm hình chữ thập, có tính chọn lọc cao và có thể điều khiển độc lập tần số cho<br /> từng dải thông của bộ lọc tương ứng đạt được. Các kết quả mô phỏng được xác minh bằng<br /> thực nghiệm trên phần mềm Ansoft HFSS 15.0 và đo đạc trên bộ phân tích mạng Vector<br /> Agilent N5245A. Bộ lọc ba băng tần được chế tạo cho các ứng dụng<br /> WLAN/RFID/Bluetooth và công nghệ truyền thông hiện đại 4G/5G. Kỹ thuật được đề<br /> xuất này hứa hẹn sẽ thiết kế các bộ lọc đa băng tần với nhiều băng thông nhỏ gọn về kích<br /> thước và có chi phí thấp, tính độc lập và tuỳ chọn băng thông dễ hơn.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. G. Hueber; and R. B. Staszewski, “Multi-Mode/Multi-Band RF Transceivers for<br /> Wireless Communications: Advanced Techniques, Architectures, and Trends”, New<br /> Jersey: Wiley, 2011, pp. 1-81.<br /> [2]. Chao Zhu, Ruizhe Huang, Shuxi Gong, “Design of a compact tripleband antenna for<br /> Bluetooth/WLAN/WiMAX applications”,Antennas Propagation & EM Theory<br /> (ISAPE) 2012 10th International Symposium on, pp. 183-185, 2012.<br /> [3]. C. Yunsung, et. al, "A Dual Power-Mode Multi-Band PowerAmplifier With Envelope<br /> Tracking for Handset Applications," IEEE Trans on Microwave Theory and<br /> Techniques, vol. 61, no. 4, pp.1608-1619, April 2013.<br /> [4]. Bo Liu and Yimin Zhao, “Compact Tri-Band Passband Filter for WLAN and<br /> WiMAX Using Tri-Section Stepped-Impedance Resonators”, Progress In<br /> Electromagenetics Research Letters, vol.45, pp. 39-44, 2014.<br /> [5]. J. S. Hong and M. J. Lancaster, “Microwave filter for RF/microwave applications.”<br /> New York. Wiley, pp 78-80, pp 18-21, 2001.<br /> [6]. GL. Zhu and K. Wu, “A Joint Field Circuit Model of Line-to-Ring CouplingStructures<br /> and Its Application to the Design of Microstrip Dual-Mode Filters and Ring<br /> Resonator Circuits,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 47, no. 10, Oct. 1999,<br /> pp. 1938-1948.<br /> [7]. R.J. Mao and X.H. Tang, “Novel Dual-Mode Passband Filters Using Hexagonal<br /> Loop Resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.54, no. 9, Sept. 2006,pp.<br /> 3526-3533.<br /> [8]. H. Miyake, S. Kitazawa, T. Ishizaki, I. Yamada, and Y. Nagatomi, "A miniaturized<br /> monolithic dual band filter using ceramic lamination technique for dual mode portable<br /> telephones," 1997 IEEE MTTS Int. Microwave Symp. Dig., pp.789 792, 1997.<br /> [9]. L.C. Tsai and C.W. Hsue, Dual band passband filters using equallength coupled serial<br /> shunted lines and Z transform technique, "IEEE Trans. Microw. Theory Tech.,<br /> vol.52, no.4, pp.1111- 1117, April 2004.<br /> [10]. Chen, W.-Y., M.-H. Weng, S.-J. Chang, H. Kuan, and Y.-H. Su, “A new tri-band<br /> bandpass filter for GSM, WiMAX and ultra-wideband responses by using asymmetric<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 93<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> stepped impedance resonators,” Progress In Electromagnetics Research, Vol. 124,<br /> 365–381, 2012.<br /> [11]. Chen, F. C. and Q. X. Chu, “Design of compact tri-band bandpass filters using<br /> assembled resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 57, 165–171, 2009.<br /> [12]. Xuehui GUAN, Zhewang MA, Peng CAl, Yoshio KOBAYASHI, Tetsuo ANADA,<br /> and Gen HAGIWARA, "Synthesizing Microstrip Dual Band Passband Filters Using<br /> Frequency Transformation and Circuit Conversion Technique", IEICE Trans.<br /> Electron., vol. E89 C, no. 4 April 2006, pp. 459 502.<br /> [13]. X. Y. Zhang, J.-X. Chen, Q. Xue, and S.-M. Li, “Dual-Band Bandpass Filters Using<br /> Stub-Loaded Resonators”, Microwave and Wireless Components Letters, IEEE, Vol.<br /> 17, no. 8, pp. 583 - 585, 2007.<br /> [14]. Pozar, D. M. "Microwave engineering”, New York: J. Wiley & Sons, 4th ed., 2011.<br /> ABSTRACT<br /> DESIGNING A NEW CONTROLABLE TRI-BAND FILTER<br /> FOR WIRELESS COMMUNICATION APPLICATION<br /> In the article, a new design method for multi- band filters that can be controlled<br /> based on improved micro-bandpass is introduced. The cross-shaped stub loaded<br /> resonator structure is combined into a uniform half wavelength resonator to achieve<br /> a highly selective triple-band filters. The position of each passband can be<br /> independently corrected by properly changing the length of a microstrip lines,<br /> respectively. A triple-band microwave filter has been manufacture and tested. The<br /> experiment results showed asymptomatic with simulation results. The designed filter<br /> has the advantages of simple process in selecting the individual passband, improved<br /> selectivity.<br /> Keywords: Filter; Transmission lines; Stub-loaded; Passband.<br /> <br /> Nhận bài ngày 08 tháng 6 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 08 tháng 7 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 8 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Trường Cao đẳng Phát thanh truyền hình I - Phủ Lý, Hà Nam;<br /> 2<br /> Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> *<br /> E-mail: uyenvov@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 94 N. Đ. Uyên, L. V. Hà, “Thiết kế bộ lọc ba băng tần … ứng dụng truyền thông không dây.”<br />