誘電体フィルターは、構造内の干渉に基づいて 1 つの波長を選択的に透過し、他の波長を反射する光ファイバーです。干渉フィルターとも呼ばれます。マイクロ波誘電効果セラミックスは、デバイスのサイズとマイクロ波集積回路の実装密度を向上させます。このため、特に5Gにおける移動体通信や衛星通信システムの基地局のマイクロ波フィルタや回路基板などに広く使用されています。
急速に開発された 5G テクノロジーは、5G 基地局および 5G 基地局用の誘電体フィルタにかなりの市場スペースをもたらすでしょう。
設計原理
誘電体共振器フィルタの対称モデル [1] は、HFWorks の散乱パラメータ モジュールを使用して解析され、その通過帯域、帯域内外の減衰、さまざまな周波数の電界分布が決定されます。結果は、[2] で提示された結果と完全に一致していることがわかります。ケーブルには損失導体があり、内側にはテフロン加工が施されています。 HF Works では、2D およびスミス チャート プロット上にさまざまな散乱パラメータをプロットすることができます。さらに、電場は、調査対象のすべての周波数についてベクトルおよびフリンジ 3D プロットでスポットできます。
シミュレーション
このフィルタの動作 (挿入と反射損失など) をシミュレートするには、散乱パラメータ スタディを作成し、アンテナが動作する関連周波数範囲を指定します (この場合、4 GHz ～ 8 GHz に均一に分布した 100 の周波数)。 ）。
固体と材料
図 1 に、同軸入力および出力カプラーを備えた誘電体回路フィルターの離散化モデルを示します。 2 つの誘電体ディスクは結合共振器として機能し、デバイス全体が高品質のバンドパス フィルターになります。
荷重・拘束
2 つの同軸カプラーの側面に 2 つのポートが適用されます。エアボックスの底面は完全な電気境界として扱われます。この構造は水平対称面を利用するため、モデル化する必要があるのは半分だけです。したがって、PEMS 境界条件を適用することで、それを HFWorks シミュレータに通知する必要があります。それが PECS であるか PEMS であるかは、対称境界付近の電場の向きによって決まります。接線方向の場合は PEMS です。直交している場合は PECS です。
メッシング
メッシュはポートと PEC 面に集中する必要があります。これらのサーフェスをメッシュ化すると、ソルバーが渦巻き部分の精度を向上させ、特定の形状を考慮するのに役立ちます。
結果
タスクの性質やユーザーが関心のあるパラメータに応じて、さまざまな 3D および 2D プロットを利用できます。フィルタ シミュレーションを扱っているため、S21 パラメータのプロットは直感的なタスクのように思えます。
このレポートの冒頭で述べたように、HFWorks は電気パラメータの曲線をスミス チャートだけでなく 2D プロットにもプロットします。後者はマッチングの問題により適しており、フィルター設計を扱う場合により関連性が高くなります。ここで、鋭い通過帯域があり、帯域の外側で大きな分離に達していることがわかります。
散乱パラメータ研究の 3D プロットは、広範囲のパラメータをカバーしています。次の 2 つの図は、2 つの周波数の電界分布を示しています (1 つは帯域内にあり、もう 1 つは帯域外にあります)。
HFWorks の共鳴ソルバーを使用してモデルをシミュレートすることもできます。必要なだけモードを検出できます。 S パラメータのシミュレーション スタディからこのようなスタディを導き出すのは簡単です。HFWorks を使用すると、ドラッグ アンド ドロップで共振シミュレーションをすばやくセットアップできます。共鳴ソルバーはモデルの EM マトリックスを考慮し、さまざまな固有モード ソリューションを提供します。この結果は以前の研究結果と非常によく一致しています。ここに結果テーブルを示します。
参考文献
[1] 新しい 3-DFinite-Element モード周波数法を使用したマイクロ波フィルター解析、IEEE フェロー、John R. Brauer、メンバー、Gary C. Lizalek、IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、VOL. 45、いいえ。 1997 年 5 月 5 日
[2] John R. Brauer、IEEE フェロー、および Gary C. Lizalek、IEEE メンバー「新しい 3 次元有限要素モーダル周波数法を使用したマイクロ波フィルター解析」。マイクロ波理論と技術に関する IEEE トランザクション、Vol45、No ５、８１０〜８１８ページ、１９９７年５月。
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投稿時間: 2021 年 10 月 25 日
