Регульований смуговий фільтр на основі кільцевих резонаторів для мікрохвильових застосунків
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2023.1.01001Ключові слова:
кільцевий резонатор, смуговий фільтр, мікросмужкова схема, пристрої IoTАнотація
У статті представлено принцип побудови мікрохвильового адаптивного смугового фільтра на основі каскаду кільцевих резонаторів. Фільтр виконано у вигляді планарної мікросмужкової структури товщиною близько 1 мм для забезпечення компактності пристрою. Кільцеві резонатори входять до одного із класів метаматеріалів і можуть розглядатися як еквівалент коливального контуру, та зазвичай використовується в діапазоні низьких частот. Якщо фільтри з наперед заданими параметрами відомі, то адаптивні фільтри, пропускні та вихідні характеристики яких можна регулювати в залежності від вхідних, є актуальною проблемою сьогодення і, принаймні, найближчого майбутнього. У статті досліджено можливості регулювання передатних характеристик розглянутого фільтра за допомогою конструктивних особливостей кілець. Наприклад, одночасна зміна відстані між сусідніми кільцевими резонаторами від 0.37 до 0.96 мм дозволяє варіювати смугою пропускання від 250 до 60 МГц. Суть же запропонованого підходу, що висвітлюється у роботі, полягає у введені елементів, параметри яких можуть змінюватись в часі. В якості такого елементу використано варакторний діод – елемент, що здатний змінювати ємність від прикладеної до нього напруги (у нашому випадку від 16 до 6 пФ при зміні напруги від 1 до 7 В). Даний елемент вмонтовується у розріз середнього кільцевого резонатору та керується незалежним зовнішнім джерелом живлення. Це дозволяє здійснювати контроль смуги пропускання досліджуваного фільтра від 80 до 140 МГц. Такий пристрій може знайти застосування в сучасних системах комунікацій, таких як мобільні мережі стільникового зв’язку, Bluetooth, Wi-Fi тощо, а також може бути застосований для смарт-технологій Інтернету речей та дистанційного керування. Це пов’язано із тим, що в якості вищезазначеного джерела живлення можуть використовуватись різноманітні датчики, що керуватимуть пропускною здатністю фільтра в залежності від зовнішніх факторів впливу (наприклад, температури, інтенсивності освітлення, зміни тиску, зміни електромагнітного фону, тощо).
Завантажити
Посилання
J. Yu and J. Zhang, “Recent progress on high-speed optical transmission,” Digit. Commun. Netw., vol. 2, no. 2, pp. 65–76, 2016.
N. Hassan, K.-L. A. Yau, and C. Wu, “Edge Computing in 5G: A Review,” IEEE Access, vol. 7, pp. 127276–127289, 2019.
J. Fan, X. Ye, J. Kim, B. Archambeault, and A. Orlandi, “Signal integrity design for high-speed digital circuits: Progress and directions,” IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 52, no. 2, pp. 392–400, 2010.
P. Bhartia and P. Pramanick, Modern RF and microwave filter design. Norwood, MA: Artech House, 2016.
J. D. Gibson, Digital Communications: Introduction to Communication Systems, 1st ed. Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 2023.
J. Hong, Ed., Advances in Planar Filters Design. Stevenage, England: Institution of Engineering and Technology, 2019.
S. Mahon, “The 5G effect on RF filter technologies,” IEEE Trans. Semicond. Manuf., vol. 30, no. 4, pp. 494–499, 2017.
B. A. Belyaev, A. M. Serzhantov, A. A. Leksikov, Y. F. Bal’va, and A. A. Leksikov, “Novel high-quality compact microstrip resonator and its application to bandpass filter,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 25, no. 9, pp. 579–581, 2015.
L. Athukorala and D. Budimir, “Compact dual-mode open loop microstrip resonators and filters,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 19, no. 11, pp. 698–700, 2009.
J.-S. Hong and S. Li, “Theory and experiment of dual-mode microstrip triangular patch resonators and filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 4, pp. 1237–1243, 2004.
B. Ellis, “The printed circuit board industry: An environmental best practice guide,” Circuit World, vol. 27, no. 2, pp. 24–24, 2001.
H. Shamkhalichenar, C. J. Bueche, and J.-W. Choi, “Printed circuit board (PCB) technology for electrochemical sensors and sensing platforms,” Biosensors (Basel), vol. 10, no. 11, p. 159, 2020.
J. Martel et al., “A new LC series element for compact bandpass filter design,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 14, no. 5, pp. 210–212, 2004.
M. Jiang, L.-M. Chang, and A. Chin, “Design of dual-passband microstrip bandpass filters with suppression of higher order spurious response,” in 2009 Asia Pacific Microwave Conference, 2009.
H. N. Shaman, “New S-band bandpass filter (BPF) with wideband passband for wireless communication systems,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., vol. 22, no. 5, pp. 242–244, 2012.
Y. I. A. Al-Yasir et al., “Mixed‐coupling multi‐function quint‐wideband asymmetric stepped impedance resonator filter,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 61, no. 5, pp. 1181–1184, 2019.
R. K. Maharjan and N.-Y. Kim, “Microstrip bandpass filters using window hairpin resonator and T-feeder coupling lines,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 39, no. 5, pp. 3989–3997, 2014.
S.-C. Lin, C.-H. Wang, Y.-W. Chen, and C. H. Chen, “Improved Combline Bandpass Filter with Multiple Transmission Zeros,” in 2007 Asia-Pacific Microwave Conference, 2007.
Y.-M. Chen, S.-F. Chang, C.-C. Chang, and T.-J. Hung, “Design of stepped-impedance combline bandpass filters with symmetric insertion-loss response and wide stopband range,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 10, pp. 2191–2199, 2007.
Y. Al-Yasir, N. Ojaroudi Parchin, R. Abd-Alhameed, A. Abdulkhaleq, and J. Noras, “Recent progress in the design of 4G/5G reconfigurable filters,” Electronics (Basel), vol. 8, no. 1, p. 114, 2019.
M. Moradian and H. Oraizi, “Optimum design of microstrip parallel coupled-line band-pass filters for multi-spurious pass-band suppression,” IET Microw. Antennas Propag., vol. 1, no. 2, p. 488, 2007.
R. Schwindt and C. Nguyen, “Spectral domain analysis of three symmetric coupled lines and application to a new bandpass filter,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 42, no. 7, pp. 1183–1189, 1994.
J.-T. Kuo, E. Shih, and W.-C. Lee, “Design of bandpass filters with parallel three-line coupled microstrips,” in APMC 2001. 2001 Asia-Pacific Microwave Conference (Cat. No.01TH8577), 2002.
H. N. Shaman and J.-S. Hong, “Wideband bandpass microstrip filters with triple coupled lines and open/short stubs,” in 2007 Asia-Pacific Microwave Conference, 2007.
C.-F. Chang and S.-J. Chung, “Bandpass filter of serial configuration with two finite transmission zeros using LTCC technology,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 53, no. 7, pp. 2383–2388, 2005.
J.-S. Wong and M. J. Lancaster, “Microstrip filters for RF/microwave applications [book review],” IEEE Microw. Mag., vol. 3, no. 3, pp. 62–65, 2002.
H. Islam, S. Das, T. Bose, and T. Ali, “Diode based reconfigurable microwave filters for cognitive radio applications: A review,” IEEE Access, vol. 8, pp. 185429–185444, 2020.
W. Y. Sam and Z. Zakaria, “The investigation of the varactor diode as tuning element on reconfigurable antenna,” in 2016 IEEE 5th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP), 2016.
J. A. I. Araujo et al., “Reconfigurable Filtenna using Varactor Diode for Wireless Applications,” J. Microw. Optoelectron. Electromagn. Appl., vol. 20, no. 4, pp. 834–854, 2021.
R. Marques, F. Mesa, J. Martel, and F. Medina, “Comparative analysis of edge- and broadside-coupled split ring resonators for metamaterial design - Theory and experiments,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 51, no. 10, pp. 2572–2581, 2003.
Mutual inductance and capacitance algorithm. (2016, September 30). Studylib.net. https://studylib.net/doc/18617476/mutual-inductance-and-capacitance-algorithm
“BB135 Datasheet (8 pages) PHILIPS,” Alldatasheet.com. [Online]. Available: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/16045/PHILIPS/BB135/742/3/BB135.html. [Accessed: 11-Feb-2023].
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
