Πώς να σχεδιάσετε διηλεκτρικό φίλτρο;

Ένα διηλεκτρικό φίλτρο είναι μια οπτική ίνα που εκπέμπει επιλεκτικά ένα μήκος κύματος και αντανακλά άλλα με βάση τις παρεμβολές στο εσωτερικό της δομής. Ονομάζεται επίσης φίλτρο παρεμβολής. Τα κεραμικά με διηλεκτρικά εφέ μικροκυμάτων βελτιώνουν το μέγεθος των συσκευών και την πυκνότητα συσκευασίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μικροκυμάτων. Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιείται ευρέως για τα φίλτρα μικροκυμάτων και τις πλακέτες κυκλωμάτων στο σταθμό βάσης των συστημάτων κινητής επικοινωνίας και δορυφορικής επικοινωνίας ειδικά στο 5G.
Η ταχέως αναπτυγμένη τεχνολογία 5G θα φέρει σημαντικό χώρο στην αγορά στον σταθμό βάσης 5G καθώς και το διηλεκτρικό φίλτρο για το σταθμό βάσης 5g.

Αρχή Σχεδιασμού

Ένα συμμετρικό μοντέλο ενός φίλτρου διηλεκτρικού συντονιστή [1] αναλύεται χρησιμοποιώντας τη μονάδα Scattering Parameters του HFWorks για να προσδιοριστεί η ζώνη διέλευσης, η εξασθένηση εντός και εκτός της ζώνης και οι κατανομές ηλεκτρικού πεδίου για διάφορες συχνότητες. Το αποτέλεσμα δείχνει μια τέλεια αντιστοιχία με αυτά που παρουσιάζονται στο [2]. Τα καλώδια έχουν αγωγό με απώλειες και έχουν εσωτερικό μέρος από Teflon. Το HF Works δίνει τη δυνατότητα να σχεδιάσετε διάφορες παραμέτρους διασποράς σε γραφήματα 2D και Smith Chart. Επιπλέον, το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να εντοπιστεί σε διανυσματικά και περιθωριακά τρισδιάστατα διαγράμματα για όλες τις μελετημένες συχνότητες.

Προσομοίωση

Για να προσομοιώσουμε τη συμπεριφορά αυτού του φίλτρου (απώλεια εισαγωγής και επιστροφής...), θα δημιουργήσουμε μια μελέτη παραμέτρων σκέδασης και θα καθορίσουμε το σχετικό εύρος συχνοτήτων στο οποίο λειτουργεί η κεραία (στην περίπτωσή μας 100 συχνότητες ομοιόμορφα κατανεμημένες από 4 GHz έως 8 GHz ).

Στερεά και Υλικά

Στο σχήμα 1, δείξαμε το διακριτικό μοντέλο ενός φίλτρου διηλεκτρικού κυκλώματος με ομοαξονικούς ζεύκτες εισόδου και εξόδου. Οι δύο διηλεκτρικοί δίσκοι λειτουργούν ως συζευγμένοι συντονιστές έτσι ώστε ολόκληρη η συσκευή να μετατρέπεται σε φίλτρο ζώνης υψηλής ποιότητας.

Φόρτωση/ Συγκράτηση

Δύο θύρες εφαρμόζονται στα πλάγια των δύο ομοαξονικών συζευκτών. Οι κάτω όψεις του κιβωτίου αέρα αντιμετωπίζονται ως Τέλεια Ηλεκτρικά Όρια. Η δομή επωφελείται από το επίπεδο οριζόντιας συμμετρίας και επομένως, χρειάζεται να μοντελοποιήσουμε μόνο το ένα μισό. Συνεπώς, θα πρέπει να ανακοινώσουμε ότι στον προσομοιωτή HFWorks εφαρμόζοντας μια οριακή συνθήκη PEMS. είτε πρόκειται για PECS είτε για PEMS, εξαρτάται από τον προσανατολισμό του ηλεκτρικού πεδίου κοντά στο όριο συμμετρίας. Εάν είναι εφαπτομενικό, τότε είναι PEMS. αν είναι ορθογώνιο τότε είναι PECS.

Πλέγμα

Το πλέγμα πρέπει να συγκεντρώνεται στις θύρες και τις επιφάνειες PEC. Η δικτύωση αυτών των επιφανειών βοηθά τον επιλύτη να βελτιώσει την ακρίβειά του στα δινικά μέρη και να λάβει υπόψη τις ιδιαίτερες μορφές τους.

Αποτελέσματα

Διάφορα τρισδιάστατα και δισδιάστατα σχέδια είναι διαθέσιμα προς εκμετάλλευση, ανάλογα με τη φύση της εργασίας και την παράμετρο για την οποία ενδιαφέρεται ο χρήστης. Καθώς έχουμε να κάνουμε με μια προσομοίωση φίλτρου, η γραφική παράσταση της παραμέτρου S21 ακούγεται σαν μια διαισθητική εργασία.

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή αυτής της αναφοράς, το HFWorks σχεδιάζει καμπύλες για ηλεκτρικές παραμέτρους σε γραφήματα 2D καθώς και σε διαγράμματα Smith. Το τελευταίο είναι πιο κατάλληλο για θέματα αντιστοίχισης και είναι πιο σχετικό όταν ασχολούμαστε με σχέδια φίλτρων. Παρατηρούμε εδώ ότι έχουμε αιχμηρά pass-bands και ότι φτάνουμε σε μεγάλη απομόνωση έξω από το συγκρότημα.

Τα τρισδιάστατα διαγράμματα για τις μελέτες παραμέτρων σκέδασης καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων: τα ακόλουθα δύο σχήματα δείχνουν την κατανομή ηλεκτρικού πεδίου για δύο συχνότητες (η μία είναι εντός της ζώνης και η άλλη εκτός της ζώνης)

Το μοντέλο μπορεί να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας επίσης τον επιλύτη συντονισμού του HFWorks. Μπορούμε να εντοπίσουμε όσες λειτουργίες επιθυμούμε. Είναι εύκολο να προκύψει μια τέτοια μελέτη από την προσομοίωση της μελέτης S-Parameter: Το HFWorks επιτρέπει τη γρήγορη ρύθμιση της προσομοίωσης συντονισμού σε αγωγές μεταφοράς και απόθεσης. Ο επιλύτης συντονισμού λαμβάνει υπόψη τον EM matrix του μοντέλου και παρέχει τις διάφορες λύσεις Eigen mode. Τα αποτελέσματα ταιριάζουν πολύ καλά με τα αποτελέσματα των προηγούμενων μελετών. Δείχνουμε εδώ τον πίνακα αποτελεσμάτων:

Αναφορές

[1] Ανάλυση φίλτρου μικροκυμάτων με χρήση νέας μεθόδου συχνότητας 3-D πεπερασμένων στοιχείων, John R. Brauer, Fellow, IEEE, και Gary C. Lizalek, μέλος, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, ΤΟΜ. 45, ΑΡ. 5 ΜΑΪΟΥ 1997
[2] John R. Brauer, Fellow, IEEE, και Gary C. Lizalek, μέλος, IEEE " Microwave Filter Analysis Using a New 3-D Finite-Element Modal Frequency Method." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol45, No 5, σσ.810-818, Μάιος 1997.

Ωςο κατασκευαστής παθητικών εξαρτημάτων RF, ο Jingxin μπορεί να κάνειODM & OEMως ορισμός σας, εάν χρειάζεστε οποιαδήποτε υποστήριξηδιηλεκτρικά φίλτρα, more detail can be consulted with us @sales@cdjx-mw.com.