Dielektrischer Resonatorfilter

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Beschreibung

Ein symmetrisches Modell eines dielektrischen Resonatorfilters [1] wird unter Verwendung des Streuparametermoduls von HFWorks analysiert, um dessen Durchlassband, die Dämpfung innerhalb und außerhalb des Bandes und die elektrischen Feldverteilungen für verschiedene Frequenzen zu bestimmen. Die Ergebnisse stimmen perfekt mit denen in [2] überein. Die Kabel haben einen verlustbehafteten Leiter und ein Innenteil aus Teflon. HFWorks bietet die Möglichkeit, verschiedene Streuparameter in 2D- und Smith-Diagrammen darzustellen. Außerdem kann das elektrische Feld in Vektor- und Kontur-3D-Darstellung für alle untersuchten Frequenzen aufgezeichnet werden.

Vor dem Auflösen der Streuparameter kann eine Resonanzstudie durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Abmessungen des Modells der gewünschten Frequenz, dh den gewünschten Resonanzmoden, entsprechen.

Abbildung 1 - Halbwellen-DR-Filter (3D Solidworks-Ansicht)

Simulation

Um das Verhalten dieses Filters (Einfügung und Rückflussdämpfung ...) zu simulieren, erstellen wir eine Studie mit Streuparametern und geben den relevanten Frequenzbereich an, in dem die Antenne arbeitet (in unserem Fall 100 Frequenzen, die gleichmäßig von 4 GHz bis 8 GHz verteilt sind) ).

Körper und Materialien

In Abbildung 1 haben wir das diskretisierte Modell eines dielektrischen Schaltungsfilters mit koaxialen Eingangs- und Ausgangskopplern gezeigt. Die zwei dielektrischen Scheiben wirken als gekoppelte Resonatoren, so dass die gesamte Vorrichtung zu einem Bandpassfilter hoher Qualität wird.

Eingabegrößen

An den Seiten der beiden Koaxialkoppler sind zwei Anschlüsse angebracht. Die Bodenflächen der Airbox werden als perfekte elektrische Grenzen behandelt. Die Struktur profitiert von der horizontalen Symmetrieebene und daher müssen wir nur eine Hälfte modellieren. Infolgedessen sollten wir dies dem HFWorks-Simulator durch Anwenden einer PEMS-Randbedingung mitteilen. Ob es sich um ein PECS oder ein PEMS handelt, hängt von der Ausrichtung des elektrischen Feldes nahe der Symmetriegrenze ab. Wenn tangential, dann ist es PEMS. Wenn orthogonal, dann ist es ein PECS.

Vernetzen

Das Netz muss sich auf die Öffnungen und PEC-Flächen konzentrieren. Durch das Ineinandergreifen dieser Oberflächen kann der Löser die Präzision der Wirbelteile optimieren und ihre jeweilige Form berücksichtigen.

Abbildung 2 - Netz des halben DR-Filters

Ergebnisse

Abhängig von der Art der Aufgabe und dem Parameter, an dem der Benutzer interessiert ist, stehen verschiedene 3D- und 2D-Diagramme zur Verfügung. Da es sich um eine Filtersimulation handelt, klingt das Zeichnen des S21-Parameters wie eine intuitive Aufgabe.

Wie zu Beginn dieses Berichts erwähnt, zeichnet HFWorks Kurven für elektrische Parameter sowohl in 2D-Diagrammen als auch in Smith-Diagrammen. Letzteres eignet sich besser für Matching-Probleme und ist relevanter, wenn es um Filterdesigns geht. Wir bemerken hier, dass wir scharfe Passbänder haben und dass wir außerhalb der Band eine große Isolation erreichen.

Abbildung 3 - Variationen der Einfügungsdämpfung (S21)

Abbildung 4 - S21 wie in der Arbeit dargestellt [1]

Die 3D-Diagramme für die Streuparameter-Studien decken einen weiten Bereich von Parametern ab: Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die Verteilung des elektrischen Feldes für zwei Frequenzen (eine innerhalb des Bandes und die andere außerhalb des Bandes).

Abbildung 5 - Verteilung der elektrischen Feldvektoren (bei 4 GHz (links) und 4,56 GHz (rechts))

Das Modell kann auch mit dem Resonanzlöser von HFWorks simuliert werden. Wir können so viele Modi erkennen, wie wir möchten. Eine solche Studie lässt sich leicht aus der simulierten S-Parameter-Studie ableiten: Mit HFWorks können Sie die Resonanzsimulation mit "Drag &Drop" schnell einrichten. Der Resonanzlöser berücksichtigt die EM-Matrix des Modells und liefert die verschiedenen Eigenmodenlösungen. Die Ergebnisse stimmen sehr gut mit den Ergebnissen früherer Studien überein. Wir zeigen hier die Ergebnistabelle:

Verweise

[1] Microwave Filter Analysis Using a New 3-DFinite-Element Modal Frequency Method, John R. Brauer, Fellow, IEEE, and Gary C. Lizalek, Member, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 45, NO. 5, MAY 1997

[2] John R. Brauer, Fellow, IEEE, and Gary C. Lizalek, member, IEEE " Microwave Filter Analysis Using a New 3-D Finite-Element Modal Frequency Method."IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol45,No. 5, pp.810-818, May 1997.