Un filtro dieléctrico es una fibra óptica que transmite selectivamente una longitud de onda y refleja otras en función de la interferencia dentro de la estructura. También llamado filtro de interferencia. Las cerámicas con efectos dieléctricos de microondas mejoran el tamaño de los dispositivos y la densidad de empaque de los circuitos integrados de microondas. Por este motivo, se utiliza ampliamente para filtros de microondas y placas de circuitos en estaciones base de sistemas de comunicación móvil y por satélite, especialmente en 5G.
La tecnología 5G de rápido desarrollo aportará un considerable espacio de mercado a las estaciones base 5G, así como al filtro dieléctrico para las estaciones base 5G.
Principio de diseño
Se analiza un modelo simétrico de un filtro resonador dieléctrico [1] utilizando el módulo de parámetros de dispersión de HFWorks para determinar su banda de paso, la atenuación dentro y fuera de la banda y las distribuciones del campo eléctrico para varias frecuencias. El resultado muestra una coincidencia perfecta con los presentados en [2]. Los cables tienen un conductor con pérdidas y tienen una parte interior de teflón. HF Works ofrece la posibilidad de trazar varios parámetros de dispersión en gráficos 2D y Smith Chart. Además, el campo eléctrico se puede detectar en gráficos 3D vectoriales y de franjas para todas las frecuencias estudiadas.
Simulación
Para simular el comportamiento de este filtro (pérdida de inserción y retorno...), crearemos un estudio de parámetros de dispersión y especificaremos el rango de frecuencia relevante en el que opera la antena (en nuestro caso, 100 frecuencias distribuidas uniformemente de 4 GHz a 8 GHz). ).
Sólidos y Materiales
En la figura 1, hemos mostrado el modelo discretizado de un filtro de circuito dieléctrico con acopladores de entrada y salida coaxiales. Los dos discos dieléctricos actúan como resonadores acoplados de modo que todo el dispositivo se convierte en un filtro de paso de banda de alta calidad.
Carga/Restricción
Se aplican dos puertos a los lados de los dos acopladores coaxiales. Las caras inferiores de la caja de aire se tratan como límites eléctricos perfectos. La estructura aprovecha el plano de simetría horizontal y por tanto, sólo necesitamos modelar una mitad. En consecuencia, debemos anunciar eso al simulador HFWorks aplicando una condición de contorno PEMS; ya sea un PECS o PEMS, depende de la orientación del campo eléctrico cerca del límite de simetría. Si es tangencial, entonces es PEMS; si es ortogonal entonces es un PECS.
mallado
La malla debe concentrarse en los puertos y las caras del PEC. Combinar estas superficies ayuda al solucionador a refinar su precisión en las partes del remolino y a tener en cuenta sus formas particulares.
Resultados
Hay varios gráficos 3D y 2D disponibles para explotar, dependiendo de la naturaleza de la tarea y del parámetro que le interese al usuario. Como se trata de una simulación de filtro, trazar el parámetro S21 parece una tarea intuitiva.
Como se mencionó al principio de este informe, HFWorks traza curvas para parámetros eléctricos en gráficos 2D y en gráficos Smith. Este último es más adecuado para cuestiones de coincidencia y es más relevante cuando tratamos con diseños de filtros. Aquí notamos que tenemos bandas de paso muy marcadas y que alcanzamos un gran aislamiento fuera de la banda.
Los gráficos 3D para los estudios de parámetros de dispersión cubren una amplia gama de parámetros: las dos figuras siguientes muestran la distribución del campo eléctrico para dos frecuencias (una está dentro de la banda y la otra fuera de la banda).
El modelo también se puede simular utilizando el solucionador de resonancia de HFWorks. Podemos detectar tantos modos como queramos. Es fácil derivar un estudio de este tipo a partir del estudio simulado de parámetros S: HFWorks permite operaciones de arrastrar y soltar para configurar rápidamente la simulación de resonancia. El solucionador de resonancia tiene en cuenta la matriz EM del modelo y ofrece diversas soluciones de modo propio. Los resultados coinciden muy bien con los resultados de los estudios anteriores. Mostramos aquí la tabla de resultados:
Referencias
[1] Análisis de filtros de microondas utilizando un nuevo método de frecuencia modal de 3 elementos finitos, John R. Brauer, miembro, IEEE, y Gary C. Lizalek, miembro, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 45, núm. 5 DE MAYO DE 1997
[2] John R. Brauer, miembro del IEEE y Gary C. Lizalek, miembro del IEEE "Análisis de filtros de microondas utilizando un nuevo método de frecuencia modal de elementos finitos tridimensionales". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol45, No. 5, págs. 810-818, mayo de 1997.
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Hora de publicación: 25 de octubre de 2021
