طراحی ، بهینه سازی و ساخت فیلتر پایین گذر با استفاده از رزوناتور مخروطی مایکرواستریپ

امروزه با توجه به نیازهای روز افزون به ساختارهای فشرده به خصوص در حوزه فرکانس های رادیویی ومایکروویو، تقاضا جهت ساخت عناصر غیر فعال با کارآیی بالا و در عین حال به صورت مجتمع روی یک برد الکترونیکی و همراه با مدارات فعال به یک نیاز جدی تبدیل شده است. در عین حال جهت رسیدن به این هدف همواره سعی بر این است که تا حد امکان از عناصر سلف و خازن در این مدارات استفاده نشود. از دلایل این امر می توان به افزایش حجم مدار و میزان خطای حاصل از این عناصر در عملکرد مدار در فرکانس های بالا اشاره نمود. بنابراین یکی از روش های ارایه شده جهت دستیابی به این اهداف استفاده از ساختار های مایکرواستریپ است. این ساختار ها از یک زیر لایه ازجنس دی الکتریک ، نوار فلزی رسانا و صفحه زمین تشکیل شده است. به لحاظ قرار گیری این ساختار روی زیر لایه های دی الکتریک ، این عناصر را می توان به صورت یکپارچه روی برد مدار چاپی طراحی نموده و ساخت. اما در عین حال این ساختار ها دارای مشکلاتی هستند،که از میان می توان به این موارد اشاره کرد: کم بودن پهنای باند عبور، محدودیت در باند حذف و بالا بودن توان برگشتی. جهت حل این مشکلات در صورتی که بخواهیم از روش های معمولی در مدار های الکتریکی استفاده شود ، منجر به افزایش غیر عادی اندازه مدار شده، که با این وجود کارآیی آن در مدار های یکپارچه مایکروویو را با مشکل مواجه می سازد . به این منظور روش های مختلفی در مراجع گوناگون اشاره شده است. یکی از تکنیک های موفق در این زمینه که در سال های اخیر پیشنهاد شده و رزوناتور های مختلفی نیز با این روش ساخته شده ، استفاده از (pbg) می باشد. این ساختار ها علاوه بر اینکه دارای بهبود عملکرد نسبت به سایر رزوناتورهای ارایه شده می باشند، دارای مشکلاتی در باند عبور به خصوص در باریک بودن باند گذر هستد، که کاربرد این رزوناتورها را در پیاده سازی فیلترهای غیر فعال، با خاصیت تیز بودن پاسخ فرکانسی را با مشکل جدی مواجه می سازد. استفاده از روش های miniaturization که در این حوزه کمتر به آن پرداخته شده ، می تواند به عنوان یکی از روش های پرکاربرد در این حوزه به کار رود. در عین حال با بهینه سازی این ساختار ها ، که عمدتا? با استفاده از روش های کامپیوتری صورت می پذیرد ، دستیابی به مدارهایی با کارآیی بالا را میسر می سازد. در این رساله در فصل اول در مورد روش های تعین تابع تبدیل یک شبکه و علی الخصوی در مورد روش های تقریب تابع تبدیل یک فیلتر با مشخصات مورد انتظار بحث می گردد، همچنین هریک از روش های تقریب معمول که تا کنون ارایه شده است مورد بررسی قرار گرفته و تابع تبدیل بهینه که بتواند پاسخ گوی نیازهای مورد نظر باشد تعیین می گردد. در فصل دوم تئوری خط انتقال مورد بحث قرار گرفته و روش های ارایه شده جهت استفاده از تئوری خط انتقال در فرکانس های بالا و در حوزه مایکروویو مطاله می شود. با توجه به اینکه در این رساله هدف پیاده سازی فیلتر فرکانس بالا با استفاده از المان های مایکرو استریپ می باشد، بنابراین این تئوری جهت کاربرد در این حوزه تعمیم داده شده و از روابط به دست آمده جهت طراحی و پیاده سازی این فیلتر ها در حوزه فرکانسی مورد نظر استفاده می گردد. در فصل سوم از روش های کلی داده شده و مشخصات مورد انتظار از فیلتر فرکانس بالا ، یک ساختار موسوم به رزوناتور مخروطی مایکرو استریپ طراحی می گردد، رزوناتور در واقع در فرکانس مورد نظر نوسان کرده و می تواند در یک باند فرکانسی سیگنال های دلخواه را عبور دهد و سایر سیگنال های نا خواسته را حذف نماید . بنابراین می تواند دقیقا" نقش یک فیلتر را دارا باشد.رزوناتور طراحی شده در این حالت ، مشکلات سایر رزوناتور های مشابه داده شده را توانسته به خوبی حل نموده و علاوه بر آن اندازه مداری کوچکتری نسبت به سایر انواع آنها، که به عنوان رزوناتور های مسطح شناخته شده اند، را داشته باشد. به این منظور سه رزوناتور با استفاده ساختار رزوناتورهای فشرده مایکرواستریپ طراحی شده است. طراحی صورت گرفته با استفاده از نرم افزار شبیه ساز الکترومغناطیسی موسوم به ads شبیه سازی و بهینه سازی می گردد. به منظور صحت نتایج حاصل از شبیه سازی، ساختارهای طراحی شده با استفاده از تکنولوژی میکروالکترونیک روی ساختار های دی الکتریک ساخته شده ونتایج اندازه گیری توسط network analyzer به دست می آید، که در این فصل نتایج حاصل از شبیه سازی و اندازه گیری با هم مقایسه می شوند. بررسی این نتایج نشان می دهد که طراحی صورت گرفته در باند فرکانسی مورد نظر بسیار خوب بوده و فیلتر طراحی شده می تواند به راحتی در حوزه هایی که به فیلتر های با کارآیی بالا به خصوص در مخابرات سیار و مایکروویو نیاز است ، به خوبی عمل نماید.