Wie entwirft man einen dielektrischen Filter?

Ein dielektrischer Filter ist eine optische Faser, die aufgrund von Interferenzen innerhalb der Struktur selektiv eine Wellenlänge durchlässt und andere reflektiert. Auch Interferenzfilter genannt. Keramik mit dielektrischen Mikrowelleneffekten verbessert die Größe von Geräten und die Packungsdichte von integrierten Mikrowellenschaltkreisen. Aus diesem Grund wird es häufig für Mikrowellenfilter und Leiterplatten in der Basisstation von Mobilkommunikations- und Satellitenkommunikationssystemen, insbesondere bei 5G, verwendet.
Die schnell entwickelte 5G-Technologie wird der 5G-Basisstation sowie dielektrischen Filtern für die 5G-Basisstation beträchtlichen Marktraum verschaffen.

Designprinzip

Ein symmetrisches Modell eines dielektrischen Resonatorfilters [1] wird mit dem Streuparametermodul von HFWorks analysiert, um dessen Durchlassband, die Dämpfung innerhalb und außerhalb des Bandes und die elektrischen Feldverteilungen für verschiedene Frequenzen zu bestimmen. Das Ergebnis stimmt perfekt mit den in [2] dargestellten Ergebnissen überein. Die Kabel haben einen verlustbehafteten Leiter und einen Innenteil aus Teflon. HF Works bietet die Möglichkeit, verschiedene Streuparameter in 2D- und Smith-Chart-Diagrammen darzustellen. Darüber hinaus kann das elektrische Feld für alle untersuchten Frequenzen in Vektor- und Streifen-3D-Diagrammen dargestellt werden.

Simulation

Um das Verhalten dieses Filters (Einfügungs- und Rückflussdämpfung...) zu simulieren, erstellen wir eine Streuparameterstudie und geben den relevanten Frequenzbereich an, in dem die Antenne arbeitet (in unserem Fall 100 Frequenzen, die gleichmäßig von 4 GHz bis 8 GHz verteilt sind). ).

Feststoffe und Materialien

In Abbildung 1 haben wir das diskretisierte Modell eines dielektrischen Schaltkreisfilters mit koaxialen Eingangs- und Ausgangskopplern gezeigt. Die beiden dielektrischen Scheiben fungieren als gekoppelte Resonatoren, sodass das gesamte Gerät zu einem hochwertigen Bandpassfilter wird.

Belastung/Rückhaltung

An den Seiten der beiden Koaxialkoppler sind zwei Anschlüsse angebracht. Die Unterseiten der Airbox werden als perfekte elektrische Grenzen behandelt. Die Struktur profitiert von der horizontalen Symmetrieebene und daher müssen wir nur eine Hälfte modellieren. Folglich sollten wir dies dem HFWorks-Simulator mitteilen, indem wir eine PEMS-Randbedingung anwenden; Ob es sich um ein PECS oder PEMS handelt, hängt von der Ausrichtung des elektrischen Feldes nahe der Symmetriegrenze ab. Wenn tangential, dann ist es PEMS; wenn orthogonal, dann ist es ein PECS.

Verzahnung

Das Netz muss auf die Anschlüsse und PEC-Flächen konzentriert werden. Durch die Vernetzung dieser Oberflächen kann der Solver die Präzision der Wirbelteile verfeinern und deren besondere Formen berücksichtigen.

Ergebnisse

Abhängig von der Art der Aufgabe und dem Parameter, an dem der Benutzer interessiert ist, stehen verschiedene 3D- und 2D-Plots zur Nutzung zur Verfügung. Da es sich um eine Filtersimulation handelt, klingt das Plotten des S21-Parameters nach einer intuitiven Aufgabe.

Wie am Anfang dieses Berichts erwähnt, zeichnet HFWorks Kurven für elektrische Parameter sowohl in 2D-Diagrammen als auch in Smith-Diagrammen auf. Letzteres eignet sich besser für Matching-Probleme und ist relevanter, wenn wir uns mit Filterdesigns befassen. Wir bemerken hier, dass wir scharfe Passbänder haben und dass wir außerhalb des Bandes eine große Isolation erreichen.

Die 3D-Diagramme für die Streuparameterstudien decken ein breites Spektrum an Parametern ab: Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die elektrische Feldverteilung für zwei Frequenzen (eine liegt innerhalb des Bandes und die andere außerhalb des Bandes).

Das Modell kann auch mit dem Resonanzlöser von HFWorks simuliert werden. Wir können so viele Modi erkennen, wie wir möchten. Es ist einfach, eine solche Studie aus der simulierten S-Parameter-Studie abzuleiten: HFWorks ermöglicht Drag-and-Drop-Änderungen, um die Resonanzsimulation schnell einzurichten. Der Resonanzlöser berücksichtigt die EM-Matrix des Modells und liefert die verschiedenen Eigenmoduslösungen. Die Ergebnisse stimmen sehr gut mit den Ergebnissen früherer Studien überein. Wir zeigen hier die Ergebnistabelle:

Referenzen

[1] Mikrowellenfilteranalyse unter Verwendung einer neuen 3-DFinite-Elemente-Modalfrequenzmethode, John R. Brauer, Fellow, IEEE, und Gary C. Lizalek, Mitglied, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 45, NEIN. 5, MAI 1997
[2] John R. Brauer, Fellow, IEEE, und Gary C. Lizalek, Mitglied, IEEE „Microwave Filter Analysis Using a New 3-D Finite-Element Modal Frequency Method.“IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 45, Nr 5, S. 810-818, Mai 1997.

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