Thiết kế và mô phỏng mạch lọc thông dải sử dụng cấu trúc khắc mặt đất dgs mới

Với mong muốn nghiên cứu các lý thuyết về bộ lọc siêu cao tần, cũng như sử dụng thành thạo phần mềm HFSS để mô phỏng và tối ưu hóa các thiết kế mạch lọc siêu cao tần, em lựa chọn đề tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

SV thực hiện : DƯƠNG MINH VƯƠNG MSSV : 135D5202070083

Lớp : 54K1 – ĐTTT

GV hướng dẫn : ThS NGUYỄN THỊ KIM THU

NGHỆ AN-5/2018

LỜI NÓI ĐẦU

Bộ lọc tần số nói riêng và các linh kiện siêu cao tần nói chung là những thiết

bị quan trọng trong hệ thống thông tin vô tuyến Việc chế tạo các linh kiện, thiết bị nói trên với kích thước nhỏ, hiệu suất cao và giá thành thấp đang nhận được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới Hiện nay, các tập đoàn Viễn thông đang tập trung nghiên cứu để có thể thiết kế, sản xuất thử nghiệm các linh kiện và mạch siêu cao tần

Với mong muốn nghiên cứu các lý thuyết về bộ lọc siêu cao tần, cũng như sử dụng thành thạo phần mềm HFSS để mô phỏng và tối ưu hóa các thiết kế mạch lọc siêu cao tần, em lựa chọn đề tài “ Thiết kế và mô phỏng mạch lọc thông dải sử dụng cấu trúc khắc mặt đất DGS mới ”

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương 1 Trình bày tổng quan bộ lọc tần số, đặc tính, cách phân loại bộ lọc tần số và vai trò của bộ lọc tần số trong viễn thông

Chương 2 Giới thiệu một số cấu trúc thường sử dụng trong chế tạo bộ lọc siêu cao tần, kết hợp đường truyền vi dải trong thiết kế bộ lọc thông dải

Chương 3 Trình bày bài toán nghiên cứu thiết kế, mô phỏng đánh giá ảnh

hưởng của cấu trúc khắc mặt đất DGS lên các thông số của bộ lọc cao tần Đồng thời trình bày quy trình thiết kế một số bộ lọc thông dải sử dụng cấu trúc DGS mới Trong thời gian thực hiện đề tài do hạn chế về thời gian và năng lực nên chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được sự thông cảm

và góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các bạn để đồ án này hoàn chỉnh hơn

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Kim Thu đã giúp em thực hiện tốt đồ án này Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện Kỹ thuật & Công nghệ đã giảng dạy, giúp đỡ em hoàn thành chương trình đào tạo

Sinh viên thực hiện: Dương Minh Vương

TÓM TẮT

Đồ án thiết kế và mô phỏng bộ lọc thông dải, gồm các bộ lọc khác nhau như

bộ lọc băng thông hẹp, băng thông rộng và bộ lọc băng tần kép, Sử dụng cấu trúc khắc mặt đất (DGS) mới, đó là thêm các dải kim loại lên cấu trúc khắc DGS là một phiên bản cải tiến của DGS thông thường hoạt đông tốt trong dải tần từ 1GHz đến 8GHz được ứng dụng cho WLAN, Wifi Tất cả các cấu hình thiết kế của DB-DGS được khắc với chiều rộng dòng bức xạ là 3,4 mm và chiều dài đường dây là 19,5mm chiều dày dây dẫn là 0,07 mm Hằng số điện môi (εr) của chất nền Neltec

là 3,38 và chiều cao điện môi 1,524 mm Đồ án cũng đề xuất một bộ lọc thông dải

sử dụng cấu trúc DGS kết hợp với đường truyền vi dải để tối ưu các thông số thiết

kế Kết quả sau khi mô phỏng chỉ ra rằng bộ lọc thông dải DGS đạt giá trị suy hao xấp xỉ 3 dB

ABSTRACT

Device design and transflow filter bandpass, including different filter as the bandwidth bandwidth, bandwidth and bandwidth bandwidth, Use new configuration structure (DGS), that is add the strip strip up DGS structure structure is a regular version of the DGS improvements active good bandwidth from 1GHz to 8GHz application for WLAN, Wifi All DBs DGS configuration are disabled with extraction line width is 3,4 mm and length lines is strings 19,5mm depthy is 0,07

mm The number of the environment of the Neltec of the environment of the Neltec

is 3,38 and height high 1,524 mm The output will be output of a strip filter using the DGS structure with the strip strip for priority of the parameters information Kết quả after the simulation is specified that the DGS filter filter through the value has hao hao hao hao 3 dB

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC……….iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH……….… ….………… v

DANH MỤC BẢNG BIỂU……….…….…………vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC TẦN SỐ……… 1

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Bộ lọc tần số 1

1.2.1 Giới thiệu về bộ lọc tần số 1

1.2.2 Lịch sử phát triển của bộ lọc tần số 2

1.3 Các đặc tính của bộ lọc tần số 3

1.4 Phân loại bộ lọc tần số 6

1.4.1 Bộ lọc thông thấp LPF 7

1.4.2 Bộ lọc thông cao HPF 8

1.4.3 Bộ lọc thông dải BPF 9

1.4.4 Bộ lọc chắn dải BSF 10

1.5 Mạch lọc siêu cao tần 11

1.5.1 Bộ lọc thông thấp của mạch lọc siêu cao tần 11

1.5.2 Bộ lọc thông cao của mạch lọc siêu cao tần 14

1.5.3 Bộ lọc thông dải của mạch lọc siêu cao tần 15

1.6 Các tham số của mạng siêu cao tần 18

1.6.1 Ma trận tán xạ S 19

1.6.2 Ma trận trở kháng Z và dẫn nạp Y 21

1.6.3 Ma trận truyền đạt ABCD 21

1.7 Tổng kết chương 23

Chương 2 MỘT SỐ CẤU TRÚC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN……….24

2.1 Giới thiệu chương 24

2.2 Đường truyền vi dải 24

2.2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải 24

2.2.2 Cấu trúc trường của đường truyền vi dải 25

2.3 Một số kỹ thuật ứng dụng trong thiết kế bộ lọc cao tần 25

2.3.1 Cấu trúc khắc mặt đất DGS 25

2.3.2 Cấu trúc khắc trên đường truyền vi dải DMS 30

2.3.3 Cấu trúc cộng hưởng vòng SRR 34

2.4 Kết luận chương 39

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC THÔNG DẢI SỬ DỤNG CẤU TRÚC KHẮC MẶT ĐẤT……….41

3.1 Giới thiệu chương 41

3.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng HFSS Version 13 41

3.3 Thiết kế, mô phỏng và khảo sát mạch lọc thông dải với các hình dạng DGS khác nhau 44

3.4 Thiết kế,mô phỏng bộ lọc thông dải với băng thông hẹp và băng thông rộng 46 3.4.1 Thiết kế, mô phỏng bộ lọc thông dải băng hẹp 47

3.4.2 Thiết kế, mô phỏng bộ lọc thông dải băng rộng 49

3.5 Thiết kế, mô phỏng bộ lọc thông dải hai băng tần 52

3.6 Kết luận chương 55

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình ảnh chương 1

Hình 1.1 Đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp [1] 4

Hình 1.2 Biểu đồ Bode của bộ lọc thông thấp 6

Hình 1.3 Biểu đồ đáp ứng tần số của mạch lọc Butterworth bậc nhất điển hình 8

Hình 1.4 Biểu đồ đáp ứng biên tần cuả mạch lọc thông thấp Chebyshev [2] 8

Hình 1.5 Bộ lọc thông thấp lý tưởng 8

Hình 1.6 Đáp ứng Butterworth và đáp ứng Tschebys-Cheff của mạch lọc thông cao tích cực 9

Hình 1.7 Bộ lọc thông cao lý tưởng 9

Hình 1 8 Bộ lọc thông dải lý tưởng 10

Hình 1.9 Bộ lọc chắn dải lý tưởng 10

Hình 1.10 Sơ đồ mạch lọc hai cửa với hệ số truyền đạt và hệ số phản xạ [3] 11

Hình 1.11 Đáp ứng tần của mạch lọc thông thấp bậc 3[2] 12

Hình 1.12 Mạch lọc thông thấp dạng bậc thang các linh kiện có tham số tập trung 13 Hình 1.13 Sơ đồ mạch lọc thông dải hình bậc thang 14

Hình 1.14 Đồ thị tổn hao xen theo tần số của mạch lọc thông dải 15

Hình 1.15 Sơ đồ khối bộ biến đổi trở kháng (a) và bộ biến đổi dẫn nạp (b) 16

Hình 1.16 Biến đổi tương đương giữa thành phần trở kháng nối tiếp và dẫn nạp song song sử dụng các bộ biến đổi: (a) Trở kháng (K) ,b) Dẫn nạp (J) 16

Hình 1.17 Mạch lọc thông dải sử dụng bộ biến đổi trở kháng [3] 17

Hình 1.18 Mạch lọc thông dải sử dụng bộ biến đổi dẫn nạp 17

Hình 1.19 Mạng cao tần hai cửa (bốn cực) [3] 18

Hình 1.20 Mạng hai cửa nối tầng và mạng hai cửa tương đương 22

Hình ảnh chương 2 Hình 2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải[4] 24

Hình 2.2 Phân bố trường của một đường truyền vi dải 25

Hình 2.3 Một số hình dạng mặt phẳng đế DGS 26

Hình 2.4 Đế DGS và hệ số phản xạ và truyền đạt của bộ lọc thông thấp 27

Hình 2.5 Các hình dạng cấu trúc DGS khác nhau 28

Hình 2.6 Cấu trúc DGS chu kỳ [5] 29

Hình 2.7 Cấu trúc khắc trên vi dải DMS [4] 31

Hình 2.8 Mô hình bức xạ: a) anten vá không dùng DMS, b) anten vá với DMS 32

Hình 2.9 Mối liên quan giữa tần số cộng hưởng và chiều dài khe 32

Hình 2.10 So sánh anten vá điều chỉnh và không điều chỉnh 33

Hình 2.11 Cấu trúc DGS và DMS ngăn chặn sóng hài bậc 2 34

Hình 2.12 Cấu trúc cơ bản cộng hưởng vòng 36

Hình 2.13 Mô hình mạch tương đương cộng hưởng vòng 36

Hình 2.14 Độ từ thẩm tương đối AMR [5] 37

Hình 2.15 Cấu trúc vòng đôi [5] 37

Hình 2.16 Mô hình tế bào SRR DGS 38

Hình 2.17 So sánh kết quả giữa cấu trúc DGS thường và SRR DGS 38

Hình 2.18 Sơ đồ mạch tương đương cho cấu trúc SRR DGS 39

Hình ảnh chương 3 Hình 3.1 Các mẫu DB-DGS khác nhau: (a) Hình tam giác đối xứng, (b)Hình vuông đối xứng , (c) Hình tròn đối xứng, (d) Hình lục giác đối xứng (e)Hình vuông đối xứng được thêm hai dải kim loại 44

Hình 3.2 Bộ lọc thông dải với cấu trúc DGS được thêm hai dải kim loại 45

Hình 3.3 Hệ số suy hao của các mẫu DB-DGS khác nhau 46

Hình 3.4 Hình dạng cấu trúc bộ lọc thông dải băng hẹp 48

Hình 3.5 Bộ lọc thông dải băng hẹp 48

Hình 3.6 Hệ số suy hao của bộ lọc thông dải băng hẹp 49

Hình 3.7 Hình dạng cấu trúc bộ lọc thông dải băng rộng 50

Hình 3.8 Bộ lọc thông dải băng rộng 51

Hình 3.9 Hệ số suy hao của bộ lọc thông dải băng rộng 51

Hình 3.10 Hình dạng cấu trúc bộ lọc thông dải hai băng tần 53

Hình 3.11 Bộ lọc thông dải hai băng tần 54

Hình 3.12 Hệ số suy hao của bộ lọc thông dải hai băng tần 55

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Tham số kích thước của các DB-DGS khác nhau (đơn vị: mm) 45 Bảng 3.2 Tham số kích thước của bề mặt bức xạ bộ lọc băng hẹp (đơn vị :mm) 47 Bảng 3.3 Tham số kích thước DGS của bộ lọc (đơn vị :mm) 48 Bảng 3.4 Tham số kích thước của bề mặt bức xạ bộ lọc băng rộng (đơn vị :mm) 50 Bảng 3 5 Tham số kích thước DGS của bộ lọc băng rộng (đơn vị :mm) 51 Bảng 3.6 Kích thước bức xạ của bộ lọc hai băng tần (đơn vị :mm) 54 Bảng 3.7 Các tham số kích thước DGS bộ lọc hai băng tần (đơn vị: mm) 54

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

DGS Defected Ground Tructure Cấu trúc khắc mặt đất

DMS Defected Microstrip

Tructure Cấu trúc khắc đường truyền vi dải

SRR Split-ring resonator Cấu trúc phân chia cộng hưởng vòng

LPF Low-pass filter Mạch lọc thông thấp

BSF Band Stop Filter Mạch lọc chắn dải

HPF

BPF

LNA

High-pass filter

Low Pass Filter

Low Noise Amplifier

Mạch lọc thông cao Mạch lọc thông dải

Bộ khuyếch đại tiếng ồn thấp

HFSS Ansoft High Frequency

Structure Simulator

Phần mềm mô phỏng cấu trúc tần số

cao của Ansoft

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC TẦN SỐ 1.1 Giới thiệu chương

Chương 1 khái quát lại những kiến thức cơ bản về bộ lọc tần số bao gồm tổng quan về bộ lọc tần số, lịch sử phát triển bộ lọc tần số, các đặc tính của bộ lọc tần số

và phân loại bộ lọc tần số theo đáp ứng tần số, theo tính chất của phần tử,… Bên cạnh đó, trong chương này cũng giới thiệu thêm về bộ lọc siêu cao tần đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong truyền thông không dây hiện nay

1.2 Bộ lọc tần số

1.2.1 Giới thiệu về bộ lọc tần số

Bộ lọc là một thành phần không thể thiếu trong các hệ thống khai thác tài nguyên tần số sóng điện từ, bao gồm từ thông tin di động, thông tin vệ tinh, radar, định vị dẫn đường, cảm biến và các hệ thống khác Với sự tiến bộ của thông tin và các ứng dụng trên nền vô tuyến điện, phổ tần có hạn của sóng điện từ phải chia sẻ cho ngày càng nhiều hệ thống Tín hiệu điện từ của từng hệ thống chỉ được giới hạn trong một khoảng phổ tần nhất định Các bộ lọc được dùng để lựa chọn và giới hạn tín hiệu trong khoảng tần số đó Chúng đóng nhiều vai trò khác nhau trong một hệ thống

Bộ lọc tần số là một bộ lựa chọn tần số, cho phép tín hiệu trong một dải tần mong muốn đi qua và chặn lại những tín hiệu trong dải tần khác Ta có thể chia bộ lọc tần số thành bốn loại cơ bản theo dạng đáp ứng tần bao gồm: bộ lọc thông thấp,

bộ lọc thông cao, bộ lọc thông dải và bộ lọc chắn dải Hai loại bộ lọc đầu tiên cho phép tín hiệu trong toàn bộ dải tần phía dưới và phía trên tần số cắt đi qua, còn hai loại bộ lọc còn lại cho phép truyền qua hoặc chặn lại tín hiệu trong một dải tần nhất định nằm giữa tần số cắt trên và tần số cắt dưới

Lý thuyết về mạch lọc lần đầu tiên được đề xuất một cách độc lập bởi Campbell và Wagner vào năm 1915 Kết quả có được xuất phát từ những nghiên cứu về đường truyền có tải và lý thuyết cổ điển về các hệ dao động Cùng với sự hoàn thiện của lý thuyết, các thiết kế mạch lọc được phát triển từ các mạch cộng

hưởng tham số tập trung LC đến các cấu trúc cộng hưởng tham số phân tán như cáp đồng trục, ống dẫn sóng và đường vi dải Đồng thời, những tiến bộ trong công nghệ vật liệu đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu chế tạo các dạng cấu trúc lọc khác, như vật liệu gốm, thạch anh, hay vật liệu siêu dẫn

1.2.2 Lịch sử phát triển của bộ lọc tần số

Năm 1915 lý thuyết về mạch lọc lần đầu tiên được đề xuất một cách độc lập bởi Campbell và Wagner Kết quả có được xuất phát từ những nghiên cứu về đường truyền có tải và lý thuyết cổ điển về các hệ dao động Các nghiên cứu sau đó phát triển theo hai hướng độc lập, đó là nghiên cứu lý thuyết về các tham số ảnh và lý thuyết tổn hao xen

Vào những năm 1920 bởi Campbell, Zobel và một vài người khác đã phát triển phương pháp tham số ảnh Phương pháp này giúp xây dựng các mạch lọc thụ động

sử dụng linh kiện tham số tập trung Các tham số ảnh mô tả mạng hai cửa khác hẳn các tham số tán xạ như đã biết Sự mô tả này được lý tưởng hóa vì các tham số đầu vào và đầu ra của một khâu hai cửa trong phương pháp này thường không thể hiện chính xác được Vì thế phương pháp tham số ảnh chỉ là phương pháp xấp xỉ Ưu điểm của phương pháp này là có thể thiết kế ra những mạch lọc bậc cao mà không cần sự trợ giúp của máy tính Đây là phương pháp thiết kế bộ lọc duy nhất được biết đến cho đến năm 1939 và cũng là phương pháp thủ công duy nhất

Tuy nhiên, người thiết kế khó có thể kiểm soát được đặc tính của dải thông và dải chắn khi sử dụng phương pháp này Vì thế nếu yêu cầu độ chính xác nhiều hơn thì phương pháp này không đảm bảo

Lý thuyết về tổn hao xen tỏ ra thông dụng và có hiệu quả hơn phương pháp tham số ảnh được Darlington và Cauer đề xuất vào năm 1939 Về cơ bản, lý thuyết này sẽ xấp xỉ các đặc tính của mạch lọc bằng hàm truyền đạt, và xây dựng nên một mạch điện thỏa mãn hàm truyền đạt đó Như vậy, bài toán xấp xỉ hóa và bài toán thực hiện có thể được giải quyết riêng rẽ một cách tối ưu và chính xác nhất Với phương pháp này, việc thiết kế mạch lọc được chia thành 2 bước: Xác định hàm truyền đạt thỏa mãn yêu cầu đặc tính của mạch lọc, tổng hợp mạch điện sử dụng đáp ứng tần đã được ước lượng bằng hàm truyền đạt Tuy nhiên, phương pháp này

chưa được chú ý ngay do yêu cầu một khối lượng tính toán khổng lồ Cho đến giữa những năm 1950, phương pháp này mới bắt đầu được áp dụng rộng rãi Với sự tiến

bộ của các hệ thống máy tính tốc độ cao, phương pháp tổn hao xen dần dần trở nên thông dụng hơn cả phương pháp tham số ảnh Phương pháp này sẽ được đề cập kỹ hơn trong phần sau của đồ án

Cùng với sự hoàn thiện của lý thuyết, các thiết kế mạch lọc được phát triển từ các mạch cộng hưởng tham số tập trung LC đến các cấu trúc cộng hưởng tham số phân tán như cáp đồng trục, ống dẫn sóng và đường vi dải Đồng thời, những tiến

bộ trong công nghệ vật liệu đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu chế tạo các dạng cấu trúc lọc khác như vật liệu gốm, thạch anh, hay vật liệu siêu dẫn … Mạch lọc vi dải

là một dạng cấu trúc lọc quan trọng nhờ khả năng tích hợp trên mạch in

Đối với các hệ thống thông tin vô tuyến cao tần, nhiều dạng cấu trúc lọc được

sử dụng như cáp đồng trục, cấu trúc điện môi, ống dẫn sóng và cấu trúc vi dải Các

bộ lọc đồng trục có nhiều ưu điểm, như có khả năng che chắn điện từ, ít tổn hao và kích thước nhỏ, tuy nhiên lại khó chế tạo Các cấu trúc điện môi cũng có kích thước nhỏ và ít tổn hao, nhưng bù lại giá thành của các bộ lọc tương đối cao và kỹ thuật

xử lý phức tạp là điểm hạn chế của dạng bộ lọc này Bộ lọc ống dẫn sóng được áp dụng khá rộng rãi, nhờ khả năng kiểm soát công suất và tính khả thi trong các ứng dụng cao tần, nhược điểm của chúng là có kích thước lớn Hiện nay, các mạch lọc thông dải được sử dụng nhiều trong các thiết bị thông tin vô tuyến nhờ những ưu điểm vượt trội, như sự dễ dàng trong việc chế tạo

1.3 Các đặc tính của bộ lọc tần số

Trong phần này trình bày tổng quan về một số đặc tính cơ bản của bộ lọc tần số như: đáp ứng tần số, tần số cắt, dải thông, dải chắn và điểm cực Bên cạnh đó, trong phần này cũng trình bày một số ứng dụng của các đặc tính của bộ lọc tần số

thiết bị khi đáp ứng với một kích thích, và được sử dụng để mô tả động lực học của

hệ thống đó Nó là một đo lường của biên độ và pha của đầu ra như là một hàm của tần số, so với đầu vào Trong điều kiện đơn giản nhất, nếu một sóng sin được đưa vào một hệ thống ở một tần số cho trước, một hệ thống tuyến tính sẽ đáp ứng ở

cùng tần số đó với một cường độ và một góc pha nhất định tương đối so với đầu vào Cũng đối với một hệ thống tuyến tính, khi tăng gấp đôi biên độ của đầu vào thì cũng sẽ tăng gấp đôi biên độ của đầu ra Ngoài ra, nếu hệ thống là bất biến theo thời gian, thì đáp ứng tần số cũng sẽ không thay đổi theo thời gian.

Hai ứng dụng của phân tích đáp ứng tần số có liên quan với nhau nhưng có những mục đích khác nhau Đối với một hệ thống khuếch đại âm thanh, mục tiêu có thể là mô phỏng lại các tín hiệu đầu vào mà không bị biến dạng Điều này đòi hỏi một biên độ đều (phẳng) của đáp ứng theo giới hạn băng thông của hệ thống, với tín hiệu bị trì hoãn bởi chính xác cùng một lượng thời gian ở tất cả các tần số Thời gian có thể tính bằng giây, hoặc vài tuần hoặc vài tháng tùy vào phương tiện dùng

để ghi lại Ngược lại, đối với một bộ máy thông tin phản hồi được sử dụng để điều khiển một hệ thống động lực, mục tiêu là để cải thiện đáp ứng cho hệ thống vòng kín so với các hệ thống không được bù Phản hồi nhìn chung cần phải đáp ứng cho các động lực học của hệ thống trong một lượng rất nhỏ của chu kỳ dao động (thường ít hơn một chu kỳ đầy đủ), và với một góc pha xác định quan hệ với lệnh điều khiển đầu vào Đối với thông tin phản hồi của khuếch đại đầy đủ, nhận góc pha sai có thể dẫn đến sự mất ổn định cho hệ thống ổn định vòng hở, hoặc không thể ổn định một hệ thống mà có vòng hở không ổn định Các bộ lọc kỹ thuật số có thể được sử dụng cho cả hệ thống khuếch đại âm thanh và hệ thống điều khiển phản hồi, nhưng vì các mục tiêu khác nhau, nhìn chung các đặc tính pha của các bộ lọc sẽ khác nhiều so với hai ứng dụng này

Hình 1.1 Đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp [1]

Đáp ứng tần số được đặc trưng bởi biên độ của đáp ứng của hệ thống, thường

được đo bằng decibels (dB) hoặc số thập phân, và pha, được đo bằng radian hoặc

độ, so với tần số được đo bằng radian/giây hoặc Hertz (Hz)

Các phép đo đáp ứng này có thể được vẽ biểu đồ trong ba cách: bằng cách vẽ các đo lường biên độ và pha lên 2 biểu đồ hình chữ nhật như các hàm của tần số để

có được một biểu đồ Bode bằng cách vẽ biên độ và góc pha trên một biểu đồ đơn cực với tần số như là một tham số để có được một biểu đồ Nyquist hoặc bằng cách

vẽ biểu đồ biên độ và pha trên một biểu đồ hình chữ nhật duy nhất với tần số là một tham số để có được một biểu đồ Nichols

Đối với các hệ thống âm thanh với gần như đồng thời gian trễ ở tất cả các tần

số, biên độ so với tần số của biểu đồ Bode có thể là tất cả những gì cần quan tâm

Để thiết kế các hệ thống điều khiển, bất kỳ loại biểu đồ nào trong 3 loại [Bode, Nyquist, Nichols] cũng có thể được sử dụng để đưa ra kết luận về độ ổn định vòng kín và biên độ ổn định (độ lợi và biên độ pha) từ đáp ứng tần số vòng hở, miễn là bao gồm phân tích biểu đồ Bode pha so với tần số

Trong vật lý và kỹ thuật điện, một tần số cắt, tần số góc hoặc tần số đột phá là một ranh giới trong một hệ thống đáp ứng tần số mà tại đó năng lượng chảy qua bắt đầu giảm chứ không phải đi qua

Thông thường trong các hệ thống điện tử như bộ lọc và các kênh truyền thông , tần số cắt áp dụng cho một cạnh trong một bộ lọc thông thấp , thông cao , thông dải và chắn dải đặc trưng - một tần số đặc trưng cho một ranh giới giữa một dải thông và một dải chắn Đôi khi được coi là điểm trong phản ứng lọc, trong

đó một dải chuyển tiếp và băng thông đáp ứng, ví dụ như được định nghĩa bởi góc

3 dB (một tần số mà đầu ra của mạch là -3 dB giá trị băng thông danh định) Ngoài

ra, tần số góc dải chắn có thể được chỉ định như một điểm mà một dải chuyển tiếp

và một dải dừng đáp ứng tần số.Trong trường hợp ống dẫn sóng hoặc ăngten , tần số cắt tương ứng với bước sóng cắt trên

Trong truyền thông , tần số cắt hạn có thể có nghĩa là tần số dưới đây mà sóng

vô tuyến không thâm nhập vào một lớp của tầng điện ly ở góc độ tần số cần thiết

để truyền giữa hai điểm quy định bởi sự phản xạ từ lớp Tần số cắt của một ống dẫn sóng điện từ là tần số thấp nhất mà một chế độ sẽ lan truyền trong đó Trong sợi

quang , nó là phổ biến hơn để xem xét các bước sóng cắt , tối đa bước sóng sẽ lan truyền trong một sợi quang hoặc ống dẫn sóng Tần suất cắt được tìm thấy với phương trình đặc trưng của phương trình Helmholtz đối với sóng điện từ, được lấy từ phương trình sóng điện từ bằng cách đặt số sóng dọc theo số không và giải quyết tần số Do đó, bất kỳ tần số nào hấp dẫn thấp hơn tần số cắt sẽ làm suy yếu, chứ không phải lan truyền

Dải thông hay băng thông của bộ lọc tần số được định nghĩa là khoảng tần số

mà tại đó tín hiệu được cho qua với suy hao là nhỏ nhất Dải thông có thể được xem xét là khoảng tần số mà ở đó các đặc tính tín hiệu của mạch lọc có giá trị chấp nhận được

Ngược lại, dải chắn của bộ lọc tần số được định nghĩa là khoảng tần số mà tại

đó tín hiệu của mạch lọc không thỏa mản với các yêu cầu đề ra Dải chắn có thể được xem xét là khoảng tần số mà tại đó tín hiệu của mạch lọc có suy hao lớn Thông thường dải thông và dải chắn được ngăn cách bởi giá trị các điểm tần số cắt của bộ lọc Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế của bộ lọc mà dải thông và dải chắn của mạch lọc có khoảng giá trị lớn hay nhỏ

Điểm cực của bộ lọc tần số chính đươc hiểu là điểm giới hạn cuối mà tại đó các thông số của bộ lọc đạt giá trị trong phạm vi cho phép Hay nói cách khác điểm cực chính là điểm mà hiệu suất của bộ lọc là thấp nhất Trong kỹ thuật điện, điểm cực của

ứng tần số của hệ thống Nó thường là một kết hợp của một biểu đồ Bode biên độ, thể hiện biên độ đáp ứng tần số

Hình 1.2 Biểu đồ Bode của bộ lọc thông thấp 1.4 Phân loại bộ lọc tần số

Có nhiều cách để phân loại bộ lọc tần số nhưng thông thường người ta tiến hành

phân loại bộ lọc tần số theo một trong ba cách cơ bản sau đây: theo tính chất bộ lọc, theo tính chất phần tử của bộ lọc và theo đáp ứng tần số của bộ lọc Trong phần này ta

đi vào nghiên cứu một số bộ lọc tần số được phân loại theo đáp ứng tần

Theo tính chất của bộ lọc, có thể chia bộ lọc thành hai loại riêng biệt: bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động Bộ lọc tích cực có các thiết bị khuếch đại để tăng cường độ tín hiệu trong khi bộ lọc thụ động không chứa các thiết bị khuếch đại để tăng cường tín hiệu Vì có hai thành phần thụ động trong một thiết kế bộ lọc thụ động các tín hiệu đầu ra có biên độ nhỏ hơn so với tín hiệu đầu vào tương ứng của

nó, do đó bộ lọc thụ động RC làm giảm bớt các tín hiệu và có mức tăng ít hơn một Ngoài ra, người ta còn phân loại bộ lọc theo tính chất phần tử gồm bộ lọc có thông số tập trung và bộ lọc có thông số phân bố Tại các tần số thấp (thường là dưới 500 MHz), mạch lọc có thể được tạo thành từ các linh kiện tham số tập trung

là cuộn cảm, tụ điện Nhưng khi tần số hoạt động của mạch lọc ở trong dải siêu cao tần, điện kháng và điện nạp của các thành phần mạch điện không còn biến thiên tuyến tính theo tần số nữa Việc thiết kế mạch lọc siêu cao tần phải tính đến các tham số phân tán trên mạch Tuy nhiên ở tần số tương đối thấp và dải tần hẹp, các thành phần tham số phân tán vẫn có thể được xấp xỉ dưới dạng các linh kiện tham

số tập trung Việc tính toán và tổng hợp bộ lọc theo phương pháp cũ vẫn có thể được áp dụng với độ chính xác tương đối cho dải tần siêu cao

Theo dạng đáp ứng tần số, người ta chia mạch lọc tần số thành bốn loại: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc thông dải và mạch lọc chắn dải Hai loại mạch lọc đầu tiên cho phép tín hiệu trong toàn bộ dải tần phía dưới và phía trên tần số cắt đi qua, còn hai loại mạch lọc còn lại cho phép truyền qua hoặc chặn lại tín hiệu trong một dải tần nhất định nằm giữa tần số cắt trên và tần số cắt dưới Trong

đề tài này chúng ta sẽ tập trung đi nghiên cứu về các loại mạch lọc này

1.4.1 Bộ lọc thông thấp LPF

Bộ lọc thông thấp là bộ lọc mà khi tần số đi qua sẽ được lọc và chỉ cho tần số bằng hoặc thấp hơn tần số tới hạn đi qua, còn tần số cao hơn sẽ bị giữ lại Mạch lọc butterworth được thiết kế để có đáp ứng biên tần trong dải thông và có đặc tính đường cong thoải ở biên Hình 1.3 trình bày biểu đồ đáp ứng tấn số của mạch lọc

Butterworth bậc nhất điển hình

Hình 1.3 Biểu đồ đáp ứng tần số của mạch lọc Butterworth bậc nhất điển hình

Hình 1.4 Biểu đồ đáp ứng biên tần cuả mạch lọc thông thấp Chebyshev [2]

Một loại phổ biến khác của đáp ứng lọc được thể hiện bởi mạch lọc Chebyshev Biểu đồ đáp ứng biên tần cuả mạch lọc thông thấp Chebyshev được trình bày ở hình 1.4

Đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp lý tưởng được định nghĩa theo (1.1)

0

0 1

(1.1)

a) Đồ thị đáp ứng tần số b) Dải thông và dải chắn của bộ lọc

Hình 1.5 Bộ lọc thông thấp lý tưởng 1.4.2 Bộ lọc thông cao HPF

Bộ lọc thông cao HPF là bộ lọc cho phép tần số lớn hơn tần số giới hạn đi qua

Những tần số nhỏ hơn tần số giới hạn của bộ lọc sẽ bị chặn lại Về mặt chức năng, một mạch lọc thông cao đóng vai trò đối lập với một mạch lọc thông thấp Nếu bỏ qua đường cong suy giảm thì những cái được cho qua bởi mạch lọc thông thấp sẽ được chặn lại bởi mạch lọc thông cao và ngược lại Các mạch lọc thông cao khá giống với các mạch lọc thông thấp, ngoại trừ một số vị trí của linh kiện bị thay đổi Cũng giống như mạch lọc thông thấp tích cực, một mạch lọc thông cao tích cực cũng có cả đáp ứng Butterworth và đáp ứng Tschebys-Cheff được trình bày trên

1

0 0

(1.2)

a) Đồ thị đáp ứng tần số b) Dải thông và dải chắn của bộ lọc

Hình 1.7 Bộ lọc thông cao lý tưởng 1.4.3 Bộ lọc thông dải BPF

Bộ lọc thông dải BPF là bộ lọc cho phép tần số nằm trong khoảng vùng tần số giới hạn đi qua Những tần số nhỏ hơn hoặc lớn hơn tần số giới hạn của bộ lọc đều

bị chặn lại Nói chung là mạch lọc dải thông phức tạp hơn nhiều so với các mạch

lọc thông thấp và thông cao Theo một mặt nào đó, các mạch lọc thông thấp và thông cao cũng là một mạch lọc dải thông Trong một mạch lọc thông thấp, tần số cắt dưới là một điểm tưởng tượng nằm dưới 0 Hz

Một mạch lọc thông dải có thể được tạo ra bằng cách mắc nối tiếp mạch lọc thông thấp và mạch lọc thông cao Các mạch lọc thông dải phức tạp hơn vì có nhiều thông số hơn và vì thế linh hoạt hơn Các thông số bao gồm như: độ lợi (K), bậc lọc (N), tấn số trung tâm (Fc), và băng thông (BW) ngoài ra còn có một thông số nữa là

2

1

1

00

c c

c

c H

a) Đồ thị đáp ứng tần số b) Dải thông và dải chắn của bộ lọc

Hình 1.9 Bộ lọc chắn dải lý tưởng

Bộ lọc chắn dải BSF ngược lại của bộ lọc thông dải, bộ lọc chắn dải là bộ lọc

cho phép tần số nằm ngoài khoảng vùng tần số giới hạn đi qua Những tần nằm trong vùng tần số giới hạn của bộ lọc sẽ bị chặn lại

Đáp ứng tần số của bộ lọc chắn dải lý tưởng được định nghĩa như sau:

2

1

0

0 1

c c

c

cH

Ở các tần số thấp, mạch lọc có thể được tạo thành từ các linh kiện tham số tập trung là cuộn cảm, tụ điện Nhưng khi tần số hoạt động của mạch lọc ở trong dải siêu cao tần, điện kháng và điện nạp của các thành phần mạch điện không còn biến thiên tuyến tính theo tần số nữa Việc thiết kế mạch lọc siêu cao tần phải tính đến các tham số phân tán trên mạch Tuy nhiên ở tần số tương đối thấp và dải tần hẹp, các thành phần tham số phân tán vẫn có thể được xấp xỉ dưới dạng các linh kiện tham số tập trung Việc tính toán và tổng hợp bộ lọc theo phương pháp cũ vẫn có thể được áp dụng với độ chính xác tương đối cho dải tần siêu cao

1.5.1 Bộ lọc thông thấp của mạch lọc siêu cao tần

Hình 1.10 Sơ đồ mạch lọc hai cửa với hệ số truyền đạt và hệ số phản xạ [3]

Hình 1.10 mô tả sơ đồ một mạch lọc hai cửa có nguồn điện áp VS với trở

kháng nguồn ZS, trở kháng tải ZL Với giả thiết sóng công suất tới mạch lọc có biên

độ bằng 1: biên độ của sóng phản xạ và sóng truyền qua sẽ bằng hệ số phản xạ

Đối với bộ lọc Butterworth, tổn hao xen giữa bằng:

với T N  là đa thức Chebyshev bậc N

a) Kiểu Butterworth b) Kiểu Chebyshev

Hình 1.11 Đáp ứng tần của mạch lọc thông thấp bậc 3[2]

Hình 1.11 mô tả tham số tổn hao xen giữa của mạch lọc thông thấp bậc 3 Giá trị tổn hao xem tại tần số cắt c 1bằng Lc Nhìn vào hai đồ thị, có thể thấy rõ ràng đáp ứng tần của mạch lọc Chebyshev tăng nhanh hơn ở dải tần phía trên tần số cắt so với mạch lọc Butterworth Nói cách khác, bộ lọc Chebyshev có đặc tính lọc dốc hơn, gần hơn với dạng đặc tính lọc của bộ lọc lý tưởng như trong hình 1.10

Hình 1.12 là hai dạng mạch lọc thông thấp kiểu bậc thang, trong đó gk là thành phần điện dung hoặc điện cảm chuẩn hóa thứ k, g0 và gN+1 là điện trở hoặc điện dẫn chuẩn hóa của nguồn và tải

N 

 k= 1,2,3…,N (1.9)

Đối với mạch lọc Chebyshev, giả sử cho trước giá trị Lc tại  c 1, hằng số k

có thể được tính như sau:

2sin2

a g

1.5.2 Bộ lọc thông cao của mạch lọc siêu cao tần

Mẫu bộ lọc thông thấp ở trên được đặc trưng bởi một mạch điện hình bậc thang có các thành phần điện cảm và điện dung (gk) trong miền tần số chuẩn hóa

  / c Áp dụng phương pháp trên vào việc tính toán thiết kế các dạng lọc khác như thông cao, thông dải hay chắn dải trong miền tần số thực, người ta sử dụng một phép biến đổi tần số để đưa đồ thị đáp ứng tần trong miền tần số chuẩn hóa Ω về miền tần số ω Cùng với đó là một phương pháp biến đổi trở kháng đồng thời giữa trở kháng nguồn tải với điện kháng của các thành phần mạch lọc Sơ đồ mạch lọc thông dải hai cửa và đồ thị tham số tổn hao xen theo tần số được mô tả trong hình 1.13 và hình 1.14

Công thức biến đổi tần số từ tần số chuẩn hóa của mạch lọc thông thấp sang tần số thực của mạch lọc thông dải:

Hình 1.14 Đồ thị tổn hao xen theo tần số của mạch lọc thông dải

Từ hình 1.14 có thể thấy các thành phần điện dung và điện cảm trong mạch lọc thông thấp sẽ được biến đổi thành các nhánh cộng hưởng LC song song và nối tiếp trong mạch lọc thông dải, với điều kiện tổn hao xen tại tần số cắt trên và tần số cắt dưới của mạch thông dải phải bằng giá trị tổn hao xen tại  c 1 của mạch thông thấp ban đầu Như vậy, các giá trị Lk và Ck của từng nhánh cộng hưởng sẽ được tính như sau:

Đối với nhánh LC nối tiếp

2 1

k L k

c c

g R L

L c c k

k

R L

L c c

g C





1.5.3 Bộ lọc thông dải của mạch lọc siêu cao tần

Bộ lọc thông dải trong hình 1.13 được xây dựng từ bộ lọc thông thấp trong hình 1.12 bao gồm các bộ cộng hưởng kiểu nối tiếp hoặc song song được ghép trực tiếp với nhau Mạch lọc thông thấp sẽ được biến đổi thành các nhánh cộng hưởng

LC song song và nối tiếp trong mạch lọc thông dải Trong triển khai thực tế, đôi khi việc thiết kế đồng thời các bộ cộng hưởng kiểu nối tiếp và song song là không dễ dàng, nhất là ở dải tần siêu cao Vì thế, người ta sử dụng các bộ biến đổi trở kháng hoặc dẫn nạp để liên kết các bộ cộng hưởng cùng một kiểu nối tiếp hoặc song song với nhau tạo thành mạch lọc thông dải Hình 1.15 mô tả bộ biến đổi trở kháng và bộ biến đổi dẫn nạp, có tác dụng biến đổi trở kháng Zb hoặc dẫn nạp Yb ở một đầu thành trở kháng Za hoặc dẫn nạp Ya khi nhìn vào đầu kia của bộ biến đổi Giá trị trở

kháng đặc trưng và dẫn nạp đặc trưng của các bộ biến đổi này lần lượt là K và J

Ta có :

Hình 1.15 Sơ đồ khối bộ biến đổi trở kháng (a) và bộ biến đổi dẫn nạp (b)

2

a b

K Z Z

 ;

2

a b

J Y Y

Xét một mạng bao gồm phần tử dẫn nạp Y p  đặt giữa hai bộ biến đổi trở

kháng như trong hình 1.16 (a) Trở kháng vào nhìn từ hai đầu của mạng bằng

Hình 1.16 Biến đổi tương đương giữa thành phần trở kháng nối tiếp và dẫn nạp song song sử dụng các bộ biến đổi: (a) Trở kháng (K) ,b) Dẫn nạp (J)

Đặc tính này của các bộ biến đổi có thể giúp chuyển mạch lọc có sơ đồ như hình 1.13 thành một mạch lọc chỉ bao gồm các bộ cộng hưởng nối tiếp hoặc song song Quan trọng hơn, nó giúp cho việc triển khai các bộ lọc cao tần trở nên thuận tiện hơn khi các bộ cộng hưởng chỉ bao gồm các thành phần tham số phân tán nối tiếp hoặc song song Hình 1.17 và hình 1.18 mô tả hai dạng mạch lọc thông dải sử dụng bộ biến đổi trở kháng và biến đổi dẫn nạp Trong trường hợp thứ nhất, mạch

chỉ bao gồm các bộ cộng hưởng nối tiếp với điện kháng X k  , và giữa hai bộ cộng hưởng liên tiếp nhau X k  và X k1  là một bộ biến đổi trở kháng K k k, 1  Trong trường hợp thứ hai, chỉ có các bộ cộng hưởng song song với điện nạp B k được nối với nhau qua các bộ biến đổi dẫn nạp J k k, 1  Các bộ cộng hưởng thường là các cấu trúc ống dẫn sóng hay đường truyền siêu cao tần có các giá trị tham số phân tán Cách tính giá trị K và J cũng được cho trong hình

1 , 0

K

) (

1 

X X2() X n()

2 , 1

1 , 1

dX x

0

Y

Hình 1.18 Mạch lọc thông dải sử dụng bộ biến đổi dẫn nạp

0 1 0.1

0 1

c

Y FBWb J

 

0

02

i i

dB b

FBW  





 và  c 1.0rad s/

1.6 Các tham số của mạng siêu cao tần

Trong phần này, ta tiến hành tìm hiểu về các tham số của mạng siêu cao tần được sử dụng trong kỹ thuật truyền thông không dây Theo lý thuyết, một mạch lọc cao tần nói riêng hay một mạch điện cao tần có hai đầu cuối nói chung có thể được

mô tả bằng một mạng hai cửa như hình 1.21, với V 1, V 2 và I 1 , I 2 là điện áp và cường

độ dòng điện lần lượt tại cửa 1 và cửa 2, Z01 và Z02 là trở kháng đầu cuối, Es là điện

áp nguồn Ở đây, điện áp và dòng điện là các đại lượng dao động điều hòa theo thời gian

Điện áp ở cửa 1 bằng:

e V e

V t

V t

v1  1cos  Re 1  Re 1 

(1.16) Biên độ điện áp tại cửa 1 được coi là biên độ phức và có thể viết như sau:



j e V

Hình 1.19 Mạng cao tần hai cửa (bốn cực) [3]

Đối với một mạch cao tần, việc đo cường độ dòng điện và điện áp đôi khi không quan trọng bằng đo công suất vào và ra Mặt khác, ở tần số siêu cao, việc đo điện áp và dòng điện thường chỉ cho những đại lượng như tỷ số sóng đứng (SWR),

hệ số phản xạ… Tham số dể đo nhất là công suất tới và công suất phản xạ, điều kiện thử lý tưởng là khi mạng 2 cửa được phối hợp tải Người ta định nghĩa các biến số

a1,b1 và a2,b2, trong đó a biểu thị sóng công suất tới và b biểu thị cho sóng công suất phản xạ Mối quan hệ giữa các biến công suất và điện áp, dòng điện là:

1

n n n n n

n

Dấu (*) thể hiện giá trị liên hợp phức Ở đây có thể thấy a n a*n/ 2là công suất

tới cửa n, còn b n b n*/ 2là công suất phản xạ tại cửa n

1.6.1 Ma trận tán xạ S

Hệ phương trình tuyến tính mô tả hoạt động của mạng hai cửa như trong hình 1.21 sử dụng sóng công suất là các biến số:

2 22 1 21 2

2 12 1 11 1

a S a S b

a S a S b

12 11 2

1

a

a S

S

S S b

b

(1.22)

Hay

     b  S  a

Ma trận S được gọi là ma trận tán xạ của mạng hai cửa

Các tham số tán xạ S mn được xác định như sau:

0 1

1 11

1 12

1 



a

a b S

Trong đó a n = 0 thể hiện rằng cửa n được phối hợp trở kháng hoàn toàn

(không có phản xạ từ tải)

0 1

2 21

0 2

2 22

Các tham số S 11 và S 22 được gọi là hệ số phản xạ, còn S 12 và S 21 được gọi là hệ

số truyền đạt Các tham số tán xạ thường là các số phức nên được biểu diễn dưới dạng biên độ và pha Giá trị biên độ thường được đổi sang đơn vị dB

mn j mn

Trong đó L A là tổn hao xen giữa cửa n và cửa m, L R là tổn hao ngược tại cửa n

Ngoài ra, người ta còn định nghĩa tỷ số sóng đứng về điện áp (Voltage Standing Wave Ratio – VSWR) như sau:

11

mn mn

s VSWR

21 ( )

d

d s d







Tham số tán xạ có một số tính chất quan trọng khi phân tích mạng cao tần Đối

với mạng hai cửa tương hỗ S 12 = S 21 Nếu mạng hai cửa là đối xứng, thì ngoài tính

chất tương hỗ, còn có S 11 = S 22 Giả sử mạng hai cửa không có tổn hao, tổng công

suất truyền qua và công suất phản xạ trở lại phải bằng tổng công suất tới Định luật bảo toàn năng lượng trong mạng hai cửa không có tổn hao có thể viết như sau:

21 22 2 2

Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện ở cửa 1 với điện áp và dòng điện ở cửa

2 của mạng hai cửa trong hình 1.18 được biểu diễn bằng hệ thức sau:

V1 AV2BI2

Đối với mạng hai cửa tương hỗ: ADBC 1

Đối với mạng hai cửa đối xứng: A D

Nếu mạng hai cửa không có tổn hao, A và D có giá trị thực còn B và D có giá

trị thuần ảo

Ma trận ABCD đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hệ thống cao tần bao gồm nhiều mạng hai cửa được ghép nối với nhau theo kiểu nối tầng Kiểu ghép nối này thường được sử dụng trong việc phân tích thiết kế mạch lọc, vì hầu hết các kiểu mạch lọc đều được cấu tạo nên từ các thành phần ghép nối tầng với nhau Đầu tiên, ta xét trường hợp đơn giản, cấu trúc nối tầng bao gồm hai mạng hai cửa được mô tả như trong hình 1.20

Hình 1.20 Mạng hai cửa nối tầng và mạng hai cửa tương đương

Với cấu hình nối ghép như trên, ta có:

'

1 1 '

Như vậy có thể thấy, với vai trò là một thành phần không thể thiếu trong các

hệ thống thông tin bằng sóng điện từ, bộ lọc tần số và các lý thuyết phân tích thiết

kế mạch lọc đã có một quá trình phát triển lâu dài và tương đối hoàn thiện Tuy nhiên việc nghiên cứu các lý thuyết mới vẫn tiếp tục được thực hiện trong thời gian gần đây dựa trên những phương pháp tính toán cơ bản nhằm tạo ra những cấu trúc lọc kích thước gọn nhẹ và khả năng chọn lọc tần số tối ưu nhất Các lý thuyết này sẽ

được trình bày chi tiết hơn trong các chương sau

Chương 2 MỘT SỐ CẤU TRÚC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ BỘ LỌC

SIÊU CAO TẦN 2.1 Giới thiệu chương

Chương 2 giới thiệu tổng quan lý thuyết về cấu trúc đường truyền vi dải và một

số kỹ thuật thường được ứng dụng trong chế tạo mạch lọc siêu cao tần như kỹ thuật khắc mặt đất DGS, cấu trúc khắc đường truyền vi dải và cấu trúc cộng hưởng vòng SRR Đặc biệt là kỹ thuật khắc mặt đất DGS và một số ứng dụng của kỹ thuật khắc DGS, các cách thức để tạo ra một bộ lọc siêu cao tần kết hợp nhiều kỹ thuật khắc khác nhau Bên cạnh đó, chương này cũng trình bày về bộ lọc thông thấp DGS kết

hợp với đường truyền vi dải

2.2 Đường truyền vi dải

2.2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải

Đường truyền vi dải được sử dụng nhiều nhất trong môi trường truyền dẫn là các mạch tích hợp siêu cao tần Đường truyền vi dải là cấu trúc mạch in “ cao cấp“, bao gồm một dải dẫn nhiệt bằng đồng hoặc kim loại trên một chất nền cách điện, mặt kia của tấm điện môi cũng được phủ đồng gọi là mặt phẳng đất Ta thấy mặt phẳng đất là mặt phản xạ Do đó đường truyền vi dải có thể được xem là đường truyền gồm hai dây dẫn

Hình 2.1 Cấu trúc đường truyền vi dải[4]

Có hai tham số chính là độ rộng dải dẫn điện W và chiều cao tấm điện môi h Một tham số quan trọng khác là hằng số điện môi tương đối của chất nền r Độ dày của dải dẫn điện là t và dẫn suất là  là các tham số kém quan trọng hơn và đôi khi có thể bỏ qua