طراحی و ساخت فیلترهای میان گذر تک بانده و دو بانده جدید با ساختار مدرن تغذیه صفر‌درجه جهت ارتباطات بیسیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی برق، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله سه فیلتر میانگذر تک‌بانده و دوبانده جدید با اندازه‌های یکسان ارائه شده است، که هر سه فیلتر بر اساس یک ساختار اولیه و با استفاده از فناوری‌ مسطح ریزنوار، طراحی، بهینه‌سازی و ساخته شده‌اند و مورد اندازه‌گیری قرار گرفته‌اند. هر باند عبور ایجاد‌شده، با بکارگیری یکی از دو نوع ساختار رزوناتور موجود، برانگیخته می‌شود. رزوناتورهای بزرگتر بعنوان ساختار اصلی تشکیل‌دهنده فیلتر، دارای فرم امپدانس-پله‌ای هستند، که درصورت تغذیه صفر درجه و وجود تزویج الکتریکی میان آنها، باند عبور اول را در فرکانس 0.9 ‌GHz ایجاد میکنند. رزوناتورهای کوچکتر نیز بعنوان زیرساختار فیلتر، با توپولوژی مارپیچ، هم‌اندازه و هم‌امپدانس با همدیگرند؛ و با تغذیه‌ای متقارن و تزویج داخلی در درون رزوناتورهای اصلی جاسازی می‌شوند تا باند عبور بالاتر را در فرکانس 1.8‌ GHz ایجاد و کنترل ‌کنند. وجود تزویج متقابل میان زیرساختارها، باعث حذف هرگونه هارمونیک در باندتوقف و تولید صفر انتقال اضافی در طرفین باند عبور بالاتر می‌شود. ابعاد فیلترهای ابداعی با رویکرد کوچکسازی از 0.163λg*0.09λg به ابعاد 0.092λg*0.08λg برحسب طول‌موج هدایت‌شده خط ریزنوار کاهش می‌یابد، که نسبت به دیگر فیلترهای مقایسه ‌شده، دارای فشرده‌ترین ساختار می‌باشد. با توجه به نتایج اندازه‌گیری فیلتر دوبانده، مقادیر افت‌ عبوری0.7 dB و 0.5 dB به ترتیب در باندهای اول و دوم با کمترین مقدار تلفات نسبت به دیگر فیلترهای مورد‌بررسی، بدست آمده است. نهایتاً سه فیلتر نمونه، با کاربرد در سیستمهای جهانی ارتباطات سیار، ساخته و اندازه‌گیری شده‌اند، که انطباق بالای نتایج طراحی و اندازه‌گیری، نشان از تحقق اهداف و روش مبتکرانه طراحی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Fabrication of Novel Single- and Dual-band Bandpass Filters with Modern Zero-Degree Feed Structure for Wireless Communications

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Zobeyri
  • Ahmadreza Eskandari
Department of Electrical Engineering, East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, there are three novel bandpass filters (BPFs), consist of single- and dual-band, presented in a same size, which all the filters, have been designed, optimized and finally fabricated and measured, based on a primary structure and using planar microstrip technology. Each of the generated passbands, is resonated by the use of one of the two existing types of resonator structures. The larger resonators, as main-structures of the filter with a stepped-impedance features, by appling 0°-feed structure and electrical coupling in-between, create the first passband at 0.9 GHz. The smaller resonators as sub-structures, with dual-spiral topology, are in the same size and uniform-impedance, and with symmetrical feeding and internal coupling, are embedded in the main-structures to generate and control the higher passband at 1.8GHz. The existence of a cross-coupling between the sub-structures, suppresses any harmonics in the stop-band and generates additional transmission zeros on both sides of the upper passband. Overal dimensions of the innovative filters with a miniaturizing approach, are reduced from 0.163λg*0.09λg to 0.092λg*0.08λg in terms of the guided wavelength, which is the most compacted structure compared with other filters. According to 0.7 dB and 0.5 dB, the obtained insertion losses of the first and second passbands of the dual-band BPF respectively, the lowest losses have been achieved, compared with other examined dual-band BPFs. Finally three prototypes for global systems for mobile communication, were fabricated and measured. A good agreement between the measured and simulated results indicates realizing the goals and ingenious methods of this design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • BandPass Filter (BPF)
  • Global System for Mobile (GSM) communications
  • 0°-degree feed structure
  • Dual-spiral open-loop resonators
  • cross-coupling
[1] J.-S.Hong, "Microstrip filters for rf/microwave applications", 2nd.ed., John Wiley and Sons. New York, 2011.

[2] C.-M.Tsai, S.-Y.Lee, C.-C.Tsai, "Performance of a planar filter using A 0° feed structure", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 50, No. 10, pp. 2362–2367, Oct. 2002.

[3] C.-Y. Chen, C.-Y. Hsu, H.-R. Chuang, "Design of miniature planar dual-band filter using dual feeding structures and embedded resonators", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 16, No. 12,  pp. 669-671, Dec. 2006.

[4] W. Xue, C.-H. Liang, X.-W.Dai, J.-W. Fan, "Design of miniature planar dual-band filter with 0° feed structures", Progress in Electromagnetics Ressearch, Vol. 77, pp. 493-499, 2007.

[5] W.-Y. Chen, M.-H. Weng, S.-J. Chang, H. Kuan, "A high selectivity dual-band filter using ring-like sir with embedded coupled open stubs resonators", Journal of Electromagnetics Waves and Applications, Vol.25, pp. 2011-2021, Aug. 2011.

[6] C.-F. Chen, T.-Y. Huang, R.-B. Wu, "Design of dual- and triple-passband filters using alternately cascaded multiband resonators", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 54, No. 9, pp. 3550–3558, Sep. 2006.

[7] Z. Yao, C. Wang, N.Y. Kim, "A compact dual-mode dual-band bandpass filter using stepped-impedance open-loop resonators and center-loaded resonators", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 55, No. 12, pp. 3000-3005, Dec. 2013.

[8] J.W. Fan, C.H. Liang, B. Wu, "Dual-band filter using equal-length split-ring resonators and zero-degree feed structure", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 50, No. 4, pp. 1098-1101, April. 2008.

[9] R.-Y. Yang, K. Hon, C.-Y. Hung, C.-S. Ye, "Design of dual-band bandpass filters using a dual feeding structure and embedded uniform impedance resonators", Progress in Electromagnetics Research, Vol. 105, pp. 93-102, 2010.

[10] M.-L.Chuang, "Cascaded dual band coupled-fed microstrip open-loop filter", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 45, No. 6, pp. 519-522, June. 2005.

[11] K. Song, F. Zhang, C. Zhunge, Y. Fan, "Compact dual-band bandpass filter using spiral resonators and short-circuitd stub-loaded resonators", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.55, No.6,pp.1393-1398,Jun. 2013.

[12] C.-Y. Chen, C.-Y. Hsu, "A simple and effective method for microstrip dual-band filters design", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 16, No. 5,  pp. 246-248, May. 2006.

[13] G.-C. Wu, G. Wang, J.G. Liang, X.-J. Gao, L. Zhu, "Miniaturised microstrip dual-band bandpass filter using novel symmetric double-spiral resonators for WLAN application", Electronics Letters, Vol. 51, No. 15, pp. 1177-1178, July. 2015.

[14] M. Gholipoor, M.A. Honarvar, "Design and simulation of a novel UWB bandpass filter with compact size, wide upper stopband and four mode-resonances in passband", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology (JIPET), Vol. 6, No. 22, pp. 57-62, 2015.

[15] M. Karimiyan, P. Seyed eftetahi, A.M. Khezri, "Design, simulation and fabrication of a wideband filter using multi-mode resonators in three layer stripline structure", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology (JIPET), Vol. 1, No. 4, pp. 33-40, 2010.

[16] J.S. Hong, M.J. Lancaster, "Microstrip filters for rf/microwave applications", John Wiley&Sons, New York, 2001.