Bộ lọc thông dải microstrip sử dụng DGS ứng dụng cho WLAN

Bài viết này đề xuất một bộ lọc thông dải microstrip sử dụng kỹ thuật cấu trúc khuyết mặt phẳng đất (DGS) cho ứng dụng trong hệ thống WLAN 5,61 GHz. Một bộ lọc thông dải micrstrip mới được thiết kế dựa trên cấu trúc hai mặt phẳng gồm một cấu trúc cộng hưởng microstrip ghép song song ở mặt phẳng trên và cấu trúc khuyết mặt phẳng đất hình chữ H ở mặt phẳng đất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bộ lọc thông dải microstrip sử dụng DGS ứng dụng cho WLAN Nghiên cứu khoa học công nghệ BỘ LỌC THÔNG DẢI MICROSTRIP SỬ DỤNG DGS ỨNG DỤNG CHO WLAN Đỗ Văn Phương1*, Tạ Chí Hiếu1, Đoàn Minh Tân2 Tóm tắt: Bài báo này đề xuất một bộ lọc thông dải microstrip sử dụng kỹ thuật cấu trúc khuyết mặt phẳng đất (DGS) cho ứng dụng trong hệ thống WLAN 5,61 GHz. Một bộ lọc thông dải micrstrip mới được thiết kế dựa trên cấu trúc hai mặt phẳng gồm một cấu trúc cộng hưởng microstrip ghép song song ở mặt phẳng trên và cấu trúc khuyết mặt phẳng đất hình chữ H ở mặt phẳng đất. Bằng cách điều chỉnh đúng kích thước vật lý mạch cộng hưởng ghép song song, kích thước và vị trí đặt DGS hình chữ H thì các tham số của bộ lọc có thể được kiểm soát dễ dàng. Một mẫu bộ lọc thông dải microstrip mới có ưu điểm cấu trúc đơn giản, chất lượng cao được thiết kế, chế tạo và đo kiểm. Kết quả đo với độ rộng băng 15,5%, tổn hao chèn -1,32 dB và tổn hao phản hồi -17,8 dB phù hợp với kết quả mô phỏng lý thuyết. Từ khóa: Bộ lọc thông dải (BPF), Cộng hưởng ghép song song, Cấu trúc khuyết mặt phẳng đất (DGS), DGS hình chữ H. 1. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin siêu cao tần hiện đại thường đòi hỏi các bộ lọc đảm bảo chất lượng tốt, có kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp [1], [2]. Chính vì vậy, các bộ lọc siêu cao tần công nghệ mạch dải đã và đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu và phát triển cả về lý thuyết cũng như thực tiễn. Trong [3], một bộ lọc thông dải microstrip cấu trúc đường truyền ghép song song thiết kế trên vật liệu FR4 cho ứng dụng trong hệ thống WLAN được đề xuất. Bộ lọc này được thiết kế có tần số làm việc 5,8 GHz, độ rộng băng 750 MHz với giá trị tổn hao phản hồi và tổn hao chèn tương ứng là -14 dB và -3,23 dB. Trong [4], một bộ lọc thông dải ghép đường truyền microstrip sử dụng các dây chêm đối xứng hướng tâm cho các ứng dụng băng hẹp trong miền tần số cao được nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đề xuất. Bộ lọc được thiết kế với tần số trung tâm 6,428 GHz, cho phép các tín hiệu trong dải thông 50 MHz truyền qua và loại bỏ hoàn toàn các tín hiệu tần số khác ngoài dải thông trong miền tần số băng C và băng siêu rộng. Kết quả đo thực nghiệm nhận được các giá trị S21 = -4,38 dB và S11 = -3,24 dB gần giống kết quả mô phỏng. Tuy nhiên, các giá trị tổn hao của các bộ lọc còn hạn chế (S21 thấp hơn giá trị -3 dB tiêu chuẩn và S11 lớn hơn -15 dB tiêu chuẩn), kích thước bộ lọc khá nhỏ gọn nhưng vẫn cần giảm thiểu để đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn hệ thống hiện nay. Để cải thiện chất lượng các tham số tổn hao của các bộ lọc thông dải microstrip đơn băng ứng dụng cho hệ thống WLAN, nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau đã được các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng. Trong đó, giải pháp về phát triển cấu trúc sử dụng kỹ thuật khắc khuyết mặt phẳng đất của bộ lọc (DGS) đã và đang nhận được sự chú ý nhiều hơn. Kỹ thuật này thường được sử dụng để triệt gợn sóng và mở rộng dải chặn trong thiết kế bộ lọc thông thấp [5-8]. Trong [9], một bộ lọc thông dải microstrip ghép đường truyền đơn băng sử dụng DGS hình vòng hở được thiết kế và chế tạo. Trong cấu trúc bộ lọc có sử dụng DGS hình vòng hở để giảm chiều dài tổng thể của bộ lọc đề xuất so với chiều dài của bộ lọc được thiết kế thông thường. Tuy nhiên, chiều dài bộ lọc được giảm vẫn khá lớn đến 43,4 mm. Bên cạnh đó, DGS còn có đặc tính loại bỏ sóng siêu cao tần ở một vài tần số nhất định. Đặc tính này được ứng dụng khá phổ biến để chặn các đáp ứng tạp nhiễu bằng cách loại bỏ sóng hài trong mạch siêu cao tần [10]. Trong [11], một đơn vị DGS hình quả tạ có cấu trúc đơn giản như hình 1(a) được xem tương đương như một mạch cộng hưởng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 125  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử LC song song hình 1(b). Trong đó, thay đổi kích thước hình học các vùng hình chữ nhật (a  b) có thể tác động thay đổi giá trị điện cảm L đơn vị DGS hình quả tạ; Thay đổi kích thước rãnh nhỏ (g  d) có thể điều chỉnh giá trị điện dung C của đơn vị DGS hình quả tạ. Điều này được chứng minh bằng phương pháp mô hình hóa, mô phỏng trường và phân tích lý thuyết mạch đơn giản. Các giá trị L và C của DGS hình quả tạ được tính gần đúng theo các công thức sau: 1 L (1) 4 f 02C 2 fc 1 C  (2) 2 Z 0 2  f 02  f c2  trong đó, f0, fc và Z0 gọi là tần số cộng hưởng, tần số cắt và trở kháng đặc tính của đường truyền microstrip tương ứng ở phía trên DGS quả tạ. (a) (b) Hình 1. Cấu trúc và mạch tương đương DGS quả tạ. (a) Cấu trúc. (b) Mạch tương đương. Tuy nhiên, để áp dụng các tính chất của DGS vào một mạch thực tế, phương pháp mô hình hóa cho một đơn vị DGS phải được thực hiện trước. DGS cũng có thể làm nhiễu dòng phân bố, làm thay đổi đặc tính điện dung và điện cảm hiệu dụng của mạch cộng hưởng ở phía trên. Mặt trên Mặt dưới Cấu trúc bộ lọc 126 Đ. V. Phương, T. C. Hiếu, Đ. M. Tân, “Bộ lọc thông dải microstrip … cho WLAN.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Hình 2. Cấu trúc bộ lọc thông dải đề xuất. Trong [12], một bộ lọc thông dải microstrip đ ...