Conception de filtre passe-bande innovante à double bande

Les systèmes de communication modernes utilisent souvent des filtres à bande passante à double bande pour isoler différentes bandes d'exploitation dans le même réseau. Les dimensions de conception traditionnelles de ces filtres sont relativement importantes et nécessitent un réseau combiné supplémentaire pour les deux filtres. Cependant, la méthode de conception de filtre passe-bande à double bande discutée en détail dans cet article peut être rendue très petite. Sa structure est relativement simple, composée de deux résonateurs en spirale divisée asymétriques (ASSR) en cascade avec une ligne microruban. En raison de la géométrie en spirale inhérente de l'ASSR, l'ASSR peut être entièrement intégré dans la ligne microruban, de sorte que la taille de conception finale peut être minimisée. Cet article analyse également cette conception innovante et valide cette approche de conception avec une paire de prototypes. Les deux filtres à double bande fonctionnent entre 1,16 GHz et 1,84 GHz et entre 1,80 GHz et 2,45 GHz, respectivement.

L'industrie a fait beaucoup d'efforts pour miniaturiser le filtre passe-bande à double bande. Par exemple, un filtre à couplage croisé est une solution relativement efficace. Dans cette méthode de conception, un résonateur isométrique divisé avec des caractéristiques de réponse à la fréquence de résonance double est utilisé comme base pour la conception du filtre. Dans un exemple, un filtre passe-bande à double bande à couplé transversal est synthétisé à l'aide de quatre résonateurs, et les positions relatives de ces résonateurs doivent être soigneusement réglées afin d'obtenir un coefficient de couplage approprié. Malheureusement, l'utilisation de quatre résonateurs entraîne une réduction des performances de perte d'insertion et la difficulté de parvenir à des dimensions compactes (en particulier les dimensions transversales).

Une autre approche consiste à utiliser un résonateur en boucle ouverte et un talon ouvert parallèle comme base de la conception d'un filtre passe-bande à double bande compact. Conçus et fabriqués ici sont trois filtres à double bande optimisés pour le rejet hors bande. Dans ces prototypes, la deuxième bande passante peut être contrôlée en ajustant la position et la longueur d'un talon ouvert parallèle particulier. Il existe également un filtre passe-bande à double bande micro-planaire basé sur un résonateur d'impédance à étape incurvée (SIR). La réponse à double bande de ce filtre dépend des principaux paramètres géométriques du SIR, tandis que la taille compacte est obtenue en intégrant le SIR en forme de U avec le dernier mécanisme de couplage. Un filtre passe-bande à double bande miniature est également implémenté en utilisant une structure de couplage combinée de SIR courte et ouverte en quart d'onde. En résumé, ces différentes méthodes de conception de filtre à double bande reposent sur une unité de base avec un mode double résonant.

Cet article fournit différentes méthodes de conception pour créer des filtres passe-bande compacts à double bande. Dans cette nouvelle approche, le filtre se compose de deux ASS en cascade connectés par des lignes microrubanes. Ces ASSR sont une version améliorée d'une unité de résonateur à double hélice à un seul plan et un résonateur en spirale de type divisé symétrique. En raison de sa géométrie spéciale, cet ASSR peut être entièrement intégré dans la ligne d'alimentation microruban pour former directement le composant correspondant avec une dimension transversale compacte. En général, ASSR est une unité passe-bande qui fonctionne par couplage électromagnétique (EM). Dans la conception actuelle, la première bande passante dépend de la bande passante inhérente de l'ASSR, tandis que la deuxième bande passante est créée par une combinaison d'un réseau d'impédance égal d'ASSRS et de lignes microruban connectées. Ainsi, la deuxième bande passante peut être ajustée indépendamment de la première bande passante en utilisant la longueur de la ligne microruban connectée comme paramètre variable. Cette conclusion sera également vérifiée par analyse du modèle de circuit.

Sur la base de cette analyse, nous avons conçu et fabriqué deux filtres passe-bande à double bande différents pour démontrer l'efficacité de l'analyse. Selon nos connaissances, ces filtres passe-bande à double bande sont les filtres les plus étroits signalés dans toute la littérature à ce jour en raison de leurs dimensions transversales particulièrement compactes.

Figure 1: La disposition montre ASSR (A) et le filtre passe-bande à double bande recommandé (B). Ce filtre utilise une paire d'Assrs et une ligne de transmission microruban connectée.

La figure 1 montre la disposition ASSR (A) et le filtre recommandé (b) utilisé dans ce filtre passe-bande à double bande. Chaque ASSR se compose de deux modèles spiraux rectangulaires asymétriques distincts. En raison de la géométrie rotationnelle de l'hélice rectangulaire, une unité donnée peut être entièrement intégrée dans la ligne microruban, résultant en une dimension transversale particulièrement compacte. Ainsi, le haut débit ASSR W1 reste inchangé à 4,6 mm, ce qui équivaut à la largeur d'une ligne microruban de 50Ω fabriquée sur le substrat RT / Duroid 5880 de la carte de circuit imprimé (PCB) de Rogers. La constante diélectrique relative de ce substrat est de 2,2. L'épaisseur est de 1,5 mm. Ces valeurs de matériau sont également utilisées pour la simulation. Les valeurs des dimensions W3 et W4 sont limitées en raison des limites imposées par les tolérances de fabrication de circuits (environ 0,1 mm à W1 = 4,6 mm). Pour ces conceptions de filtre passe-bande à double bande, les valeurs de W3 = 0,6 mm et W4 = 0,3 mm sont utilisées ici. Dans un modèle commun d'un filtre à ligne microruban couplée, ces valeurs prendront en charge les propriétés efficaces de passe-bande par couplage électromagnétique. Cette prédiction sera vérifiée par la méthode d'analyse des paramètres de L1 (le paramètre de réglage principal du filtre passe-bande), et le résultat est illustré à la figure 2.