Come progettare il filtro dielettrico?

Un filtro dielettrico è una fibra ottica che trasmette selettivamente una lunghezza d'onda e ne riflette altre in base all'interferenza all'interno della struttura.Chiamato anche filtro interferenziale.Le ceramiche con effetti dielettrici a microonde migliorano le dimensioni dei dispositivi e la densità di confezionamento dei circuiti integrati a microonde.Per questo motivo è ampiamente utilizzato per i filtri a microonde e i circuiti stampati nelle stazioni base dei sistemi di comunicazione mobile e satellitare, soprattutto nel 5G.
La tecnologia 5G in rapido sviluppo porterà un notevole spazio di mercato alla stazione base 5G e al filtro dielettrico per la stazione base 5G.

Principio di progettazione

Un modello simmetrico di un filtro risonatore dielettrico [1] viene analizzato utilizzando il modulo Parametri di scattering di HFWorks per determinare la sua banda passante, l'attenuazione dentro e fuori la banda e le distribuzioni del campo elettrico per varie frequenze.Il risultato mostra una corrispondenza perfetta con quelli presentati in [2].I cavi hanno un conduttore dissipativo e hanno una parte interna in Teflon.HF Works offre la possibilità di tracciare vari parametri di scattering su grafici 2D e Smith Chart.Inoltre, il campo elettrico può essere individuato in grafici 3D vettoriali e marginali per tutte le frequenze studiate.

Simulazione

Per simulare il comportamento di questo filtro (inserzione e perdita di ritorno...), creeremo uno studio sui parametri di scattering e specificheremo la gamma di frequenze rilevante alla quale opera l'antenna (nel nostro caso 100 frequenze distribuite uniformemente da 4 GHz a 8 GHz ).

Solidi e materiali

Nella figura 1, abbiamo mostrato il modello discretizzato di un filtro del circuito dielettrico con accoppiatori di ingresso e uscita coassiali.I due dischi dielettrici agiscono come risonatori accoppiati in modo tale che l'intero dispositivo diventa un filtro passa banda di alta qualità.

Carico/Retenzione

Ai lati dei due accoppiatori coassiali sono applicate due porte.Le facce inferiori dell'airbox sono trattate come confini elettrici perfetti.La struttura sfrutta il piano di simmetria orizzontale e quindi dobbiamo modellarne solo la metà.Di conseguenza, dovremmo annunciarlo al simulatore HFWorks applicando una condizione al contorno PEMS;che si tratti di un PECS o di un PEMS, dipende dall'orientamento del campo elettrico vicino al confine di simmetria.Se tangenziale, allora è PEMS;se ortogonale allora è un PECS.

Meshing

La mesh deve essere concentrata sulle porte e sulle facce PEC.Il meshing di queste superfici aiuta il risolutore a perfezionare la precisione sulle parti vorticose e a tenere conto delle loro forme particolari.

Risultati

Sono disponibili vari grafici 3D e 2D da sfruttare, a seconda della natura del compito e del parametro a cui l'utente è interessato. Poiché abbiamo a che fare con una simulazione di filtro, tracciare il parametro S21 sembra un compito intuitivo.

Come accennato all'inizio di questo rapporto, HFWorks traccia le curve per i parametri elettrici su grafici 2D e su grafici Smith.Quest'ultimo è più adatto per problemi di corrispondenza ed è più rilevante quando si tratta di progetti di filtri.Notiamo qui che abbiamo bande passanti strette e che raggiungiamo un grande isolamento fuori banda.

I grafici 3D per gli studi sui parametri di diffusione coprono un'ampia gamma di parametri: le due figure seguenti mostrano la distribuzione del campo elettrico per due frequenze (una è all'interno della banda e l'altra è all'esterno della banda)

Il modello può essere simulato anche utilizzando il risolutore di risonanza di HFWorks.Possiamo rilevare tutte le modalità che desideriamo.È facile ricavare uno studio di questo tipo dallo studio simulato dei parametri S: HFWorks consente operazioni di trascinamento della selezione per impostare rapidamente la simulazione della risonanza.Il risolutore di risonanza prende in considerazione la matrice EM del modello e fornisce le varie soluzioni in modalità Eigen.I risultati corrispondono molto bene a quelli degli studi precedenti.Mostriamo qui la tabella dei risultati:

Riferimenti

[1] Analisi del filtro a microonde utilizzando un nuovo metodo di frequenza modale a 3 elementi finiti, John R. Brauer, membro, IEEE, e Gary C. Lizalek, membro, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.45, n.5, MAGGIO 1997
[2] John R. Brauer, Fellow, IEEE, e Gary C. Lizalek, membro, IEEE "Analisi del filtro a microonde utilizzando un nuovo metodo di frequenza modale a elementi finiti 3-D." Transazioni IEEE sulla teoria e le tecniche delle microonde, Vol45, No 5, pp.810-818, maggio 1997.

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