Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần băng C tính năng cao sử dụng công nghệ SIW ứng dụng cho đài ra đa thụ động SDD

Các bộ lọc đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống thu phát của các đài ra đa. Chính vì vậy, bài viết này đề xuất một giải pháp để thiết kế, chế tạo bộ lọc thông dải siêu cao tần băng C chất lượng cao sử dụng công nghệ SIWCPW. Bộ lọc này được thực hiện bằng cách khoan 2 hàng lỗ dọc trên 2 cạnh của bề mặt chất nền kết hợp với việc lựa chọn cấu trúc thích hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần băng C tính năng cao sử dụng công nghệ SIW ứng dụng cho đài ra đa thụ động SDD Kỹ thuật Điện tử – Thông tin THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN BĂNG C TÍNH NĂNG CAO SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SIW ỨNG DỤNG CHO ĐÀI RA ĐA THỤ ĐỘNG SDD Trần Thị Trâm*, Lê Vĩnh Hà, Dương Tuấn Việt, Trần Minh Nghĩa, Võ Văn Phúc Tóm tắt: Các bộ lọc đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống thu phát của các đài ra đa. Chính vì vậy, bài báo này đề xuất một giải pháp để thiết kế, chế tạo bộ lọc thông dải siêu cao tần băng C chất lượng cao sử dụng công nghệ SIW- CPW. Bộ lọc này được thực hiện bằng cách khoan 2 hàng lỗ dọc trên 2 cạnh của bề mặt chất nền kết hợp với việc lựa chọn cấu trúc thích hợp. Bộ lọc siêu cao tần SIW-CPW có các tính năng kỹ thuật vượt trội như: dải thông rộng, suy hao trong dải thấp và đặc tính chặn dải tốt. Bộ lọc này được dùng trong máy thu của đài ra đa thụ động SDD. Từ khóa: Bộ lọc; Siêu cao tần; Ống dẫn sóng; SIW; Băng C. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các bộ lọc thông dải đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống thu phát của các thiết bị vô tuyến điện tử nói chung và các hệ thống ra đa nói. Thực tế hiện nay cho thấy rằng với việc phải phân chia các dải tần số cho các mục đích dân sự và quân sự thì việc cải thiện các bộ lọc để tăng độ chọn lọc của các thiết bị viễn thông cũng như các hệ thống khí tài quân sự là một điều rất cần thiết. Bên cạnh đó, các hệ thống ra đa thế hệ mới và hệ thống truyền thông số dải sóng cm, mm và các hệ thống siêu cao tần hiện đại đã và đang phát triển một cách nhanh chóng. Sự phát triển nhanh chóng đó đi đôi với việc phát triển các công nghệ mà đem lại hiệu quả cao cũng như chi phí thấp, khả năng tích hợp cao và cải thiện hiệu suất làm việc. Các bộ lọc truyền thống hầu như là khó tích hợp với các mạch phẳng hoặc có cấu trúc phức tạp và được nhập ngoại dưới dạng mô đun hoặc tích hợp vào các hệ thống thu phát. Trong những năm qua, bộ lọc sử dụng công nghệ ống sóng tích hợp vật liệu nền SIW (Subtrate Intergrated Waveguide-SIW) đã thu hút rất nhiều sự chú ý do các đặc tính ưu việt của nó như chi phí thấp, tổn hao thấp, dải thông rộng và tính tương thích với quy trình mạch in phẳng [1]. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một bộ lọc thông dải siêu cao tần (SCT) tính năng cao bao phủ dải tần số băng C sử dụng công nghệ SIW-CPW (Subtrate Intergrated Waveguide-Coplanar Waveguide). Bộ lọc này có thể ứng dụng vào các hệ thống siêu cao tần trong các đài ra đa băng C như trong hệ thống thu của đài ra đa thụ động SDD. 2. THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI SIÊU CAO TẦN TÍNH NĂNG CAO BĂNG C SỬ DỤNG CẤU TRÚC SIW 2.1. Lựa chọn cấu trúc SIW phù hợp cho bộ lọc tính năng cao băng C Ống dẫn sóng đồng phẳng là một loại đường truyền điện phẳng có thể được chế tạo bằng cách sử dụng công nghệ bảng mạch in, và được sử dụng để truyền các tín hiệu tần số cao. Trên một quy mô nhỏ hơn, các đường dây truyền dẫn sóng đồng phẳng cũng được tích hợp vào các mạch tích hợp vi sóng nguyên khối. Ống dẫn sóng đồng phẳng thông thường (CPW) bao gồm một đường truyền dẫn phẳng in trên đế điện môi kết hợp với một cặp dây dẫn. Tất cả ba dây dẫn đều nằm trên cùng một mặt của đế, và do đó, gọi là đồng phẳng. Cặp dây dẫn được tách ra khỏi đường truyền dẫn trung tâm bởi một khoảng trống nhỏ, có chiều rộng không thay đổi dọc theo chiều dài của đường truyền. 172 T. T. Trâm, …, V. V. Phúc, “Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần … ra đa thụ động SDD.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Còn cấu trúc SIW được tạo ra bằng cách khoan 2 hàng lỗ dọc trên 2 cạnh của bề mặt chất nền vì vậy thường được gọi là ODS tích hợp vật liệu nền SIW. Các cấu trúc CPW và SIW được minh họa trên hình 1. (a) CPW (b) SIW Hình 1. Minh họa cấu trúc CPW và SIW. Do các cấu trúc SIW có tính chất cắt tần số và các cấu trúc chu kỳ thường có tính chất dải chặn, nên các bộ lọc băng rộng nhỏ gọn có thể có được bằng cách tích hợp SIW với một cấu trúc chu kỳ nào đó, chẳng hạn như cấu trúc đồng phẳng nhỏ gọn-cấu trúc dải chắn điện từ (UC-EBG: Uniplanar Compact Electromagnetic Bandgap Structures), đồng phẳng nhỏ gọn- cấu trúc mặt đế không hoàn hảo (UC-DGS: Uniplanar Compact defect ground structures), và cấu trúc ống dẫn sóng đồng phẳng (CPW: coplanar waveguide). Những bộ lọc kết hợp kiểu này sẽ cho băng thông rộng hơn so với bộ lọc SIW thông thường. Mặt khác, SIW và các cấu trúc chu kỳ như UC-EBG, DGS và CPW được kết hợp chặt chẽ với nhau, và kết quả sẽ tạo ra các bộ lọc có kích thước nhỏ hơn nhiều so với các bộ lọc SIW thông thường, kích thước tổng thể có thể so sánh với bước sóng hoạt động của nó [2], [3]. Hơn nữa, các bộ lọc như vậy có tổn hao chèn thấp và độ chọn lọc tốt do hệ số phẩm chất của SIW cao và đặc tính tổn hao thấp của các cấu trúc chu kỳ (UC-EBG và CPW) [4]. Tuy nhiên, trong thiết kế hệ thống tần số cao, thường yêu cầu một mặt phẳng đất lớn để giảm tạp tạo ra bởi các thành phần sóng cm và mm như bộ khuếch đại tạp thấp (LNA) và bộ dao động. Trong trường hợp này, nếu sử dụng bộ lọc SIW-UC-EBG và SIW-DGS sẽ không phải là thích hợp nhất vì các cấu trúc EBG và DGS sẽ gây ra tổn hao bức xạ lớn. Để phóng to mặt phẳng đất và giảm tổn hao bức xạ, có thể đặt các ô UC-EBG lên trên lớp phủ các SIW. Vì các ô UC-EBG cũng có thể được xem như cấu trúc CPW vì vậy cấu trúc này có thể được xem như là một SIW tích hợp với một CPW có chu kỳ nên gọi là bộ lọc SIW- CPW [1], [5]. (a) (b) Hình 2. Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc SIW-CPW đề xuất (a) Mặt trước, (b) Mặt sau, (c) Kích thước của một ô. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 173  Kỹ thuật Đ ...