Design inovador de filtro de banda dupla de banda dupla

Os sistemas de comunicação modernos geralmente usam filtros de banda de banda dupla para isolar diferentes bandas de operação na mesma rede. As dimensões tradicionais do design de tais filtros são relativamente grandes e requerem uma rede combinada adicional para os dois filtros. No entanto, o método de design de filtro passa-banda de banda dupla discutido em detalhes neste artigo pode ser muito pequeno. Sua estrutura é relativamente simples, consistindo em dois ressonadores espirais divididos assimétricos (ASSR) em cascata com uma linha de microfita. Devido à geometria espiral inerente do ASSR, o ASSR pode ser totalmente incorporado na linha de microfita, para que o tamanho final do projeto possa ser minimizado. Este artigo também analisa ainda mais esse design inovador e valida essa abordagem de design com um par de protótipos. Os dois filtros de banda dupla operam entre 1,16 GHz e 1,84 GHz e entre 1,80 GHz e 2,45 GHz, respectivamente.

A indústria fez muitos esforços para miniaturizar o filtro passa-banda de banda dupla. Por exemplo, um filtro de acoplamento cruzado é uma solução relativamente eficiente. Neste método de projeto, um ressonador isométrico de anel dividido com características de resposta de frequência de ressonância dupla é usada como base para o design do filtro. Em um exemplo, um filtro passa-banda de banda dupla acoplada cruzada é sintetizada usando quatro ressonadores, e as posições relativas desses ressonadores devem ser cuidadosamente sintonizadas para obter um coeficiente de acoplamento adequado. Infelizmente, o uso de quatro ressonadores resulta em desempenho reduzido da perda de inserção e na dificuldade de obter dimensões compactas (especialmente dimensões transversais).

Outra abordagem é usar um ressonador de malha aberta e um stub aberto paralelo como base para o design de um filtro compacto de passa-banda de banda dupla. Projetados e fabricados aqui estão três filtros de banda dupla otimizados para rejeição fora da banda. Nesses protótipos, a segunda banda passada pode ser controlada ajustando a posição e o comprimento de um stub aberto paralelo específico. Há também um filtro de passa-banda de banda dupla de micro-planejamento com base em um ressonador de impedância escalonado (SIR). A resposta de banda dupla desse filtro depende dos principais parâmetros geométricos do SIR, enquanto o tamanho compacto é alcançado integrando o SIR em forma de U com o mais recente mecanismo de acoplamento. Um filtro de banda de banda dupla em miniatura também é implementado usando uma estrutura combinada de acoplamento de um quarto de onda curto e aberto SIR. Em resumo, esses diferentes métodos de design de filtro de banda dupla dependem de uma unidade básica com um modo ressonante duplo.

Este artigo fornece diferentes métodos de design para criar filtros compactos e de banda de banda dupla. Nesta nova abordagem, o filtro consiste em dois ASSRs em cascata conectados por linhas de microftrip. Esses ASSRs são uma versão aprimorada de uma unidade de ressonador de hélice dupla única e um ressonador espiral do tipo dividido simétrico. Devido à sua geometria especial, esse ASSR pode ser totalmente incorporado na linha de alimentação microStrip para formar diretamente o componente correspondente com uma dimensão transversal compacta. Em geral, o ASSR é uma unidade de passagem de banda que opera pelo acoplamento eletromagnético (EM). No design atual, a primeira banda passada depende da banda de passagem inerente do ASSR, enquanto a segunda banda passada é criada por uma combinação de uma rede de impedância igual de ASSRs e linhas de micro -tira conectadas. Assim, a segunda banda passada pode ser ajustada independentemente da primeira banda passada usando o comprimento da linha microStrip conectada como um parâmetro variável. Esta conclusão também será verificada pela análise do modelo de circuito.

Com base nessa análise, projetamos e fabricamos dois filtros diferentes de passa-banda de banda dupla para demonstrar a eficácia da análise. Segundo nosso conhecimento, esses filtros de banda de banda dupla são os filtros mais estreitos relatados em toda a literatura até o momento devido às suas dimensões transversais particularmente compactas.

Figura 1: O layout mostra ASSR (a) e o filtro de passa-banda de banda dupla recomendada (B). Este filtro usa um par de ASSRs e uma linha de transmissão de microstrip conectada a ele.

A Figura 1 mostra o layout ASSR (a) e o filtro recomendado (b) usado neste filtro passa-banda de banda dupla. Cada ASSR consiste em dois padrões espirais retangulares assimétricos separados. Devido à geometria rotacional da hélice retangular, uma determinada unidade pode ser totalmente incorporada na linha de microfita, resultando em uma dimensão secional particularmente compacta. Assim, a banda larga ASSR W1 permanece inalterada a 4,6 mm, o que equivale à largura de uma linha de microfita de 50Ω fabricada no substrato de circuito impresso RT/Duroid 5880 de Rogers (PCB). A constante dielétrica relativa deste substrato é 2.2. A espessura é de 1,5 mm. Esses valores de material também são usados ​​para simulação. Os valores para as dimensões W3 e W4 são limitados devido a limitações impostas por tolerâncias de fabricação de circuitos (aproximadamente 0,1 mm em W1 = 4,6 mm). Para esses projetos de filtro de banda de banda dupla, os valores para W3 = 0,6 mm e W4 = 0,3 mm são usados ​​aqui. Em um modelo comum de um filtro de linha de microfita acoplado, esses valores suportarão as propriedades efetivas do passa -banda através do acoplamento eletromagnético. Essa previsão será verificada pelo método de análise de parâmetros de L1 (o parâmetro de ajuste principal do filtro passa -banda) e o resultado é mostrado na Fig. 2.