誘電体共振器フィルター

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説明

誘電体共振器フィルターの対称モデル [1] は、HFWorks の散乱パラメーター モジュールを使用して解析され、通過帯域、帯域内外の減衰、およびさまざまな周波数の電界分布が決定されます。結果は、[2] で提示された結果と完全に一致しています。ケーブルには損失の多い導体があり、内部にはテフロンが使用されています。 HFWorks では、さまざまな散乱パラメータを 2D およびスミス チャート プロットにプロットできます。さらに、電場は、調査したすべての周波数のベクトルおよびフリンジ 3D プロットで見つけることができます。

散乱パラメータの解決の前に、モデルの寸法が目的の周波数、つまり目的の共振モードに適合することを確認するための共振スタディが行われる場合があります。

図 1 -半波 DR フィルター (3D SolidWorks ビュー)

シミュレーション

このフィルターの動作 (挿入とリターン ロスなど) をシミュレートするために、散乱パラメーター スタディを作成し、アンテナが動作する関連する周波数範囲を指定します (この場合、4 GHz から 8 GHz に均一に分布する 100 の周波数) ）。

部材と材料

図 1 に、同軸入力および出力カプラーを備えた誘電体回路フィルターの離散化モデルを示しました。 2 つの誘電体ディスクは結合された共振器として機能し、デバイス全体が高品質のバンドパス フィルターになります。

負荷/制約

2 つの同軸カプラーの側面に 2 つのポートが適用されます。エアボックスの底面は完全な電気境界として扱われます。構造は水平対称面を利用するため、モデル化する必要があるのは半分だけです。したがって、PEMS 境界条件を適用して、HFWorks シミュレーターに通知する必要があります。それが PECS であるか PEMS であるかは、対称境界付近の電場の向きに依存します。接線の場合、それは PEMS です。直交する場合、それは PECS です。

メッシング

メッシュは、ポートと PEC 面に集中する必要があります。これらのサーフェスをメッシュ化することで、ソルバーは渦巻き部分の精度を改善し、特定の形状を考慮することができます。

図 2 -ハーフ DR フィルターのメッシュ

結果

タスクの性質やユーザーが関心を持っているパラメーターに応じて、さまざまな 3D および 2D プロットを利用できます。フィルター シミュレーションを扱っているため、S21 パラメーターのプロットは直感的なタスクのように思えます。

このレポートの冒頭で述べたように、HFWorks は 2D プロットとスミス チャートに電気的パラメータの曲線をプロットします。後者はマッチングの問題により適しており、フィルター設計を扱う場合により適切です。ここで、鋭い通過帯域があり、帯域外で大きな分離に達していることに気付きます。

図 3 -挿入損失の変化 (S21)

図 4 -論文 [1] に示されている S21

散乱パラメータ研究の 3D プロットは、広範囲のパラメータをカバーしています。次の 2 つの図は、2 つの周波数の電場分布を示しています (1 つは帯域内にあり、もう 1 つは帯域外にあります)。

図 5 -電界ベクトル分布 (4 GHz (左) および 4.56 GHz (右))

モデルは、HFWorks の共振ソルバーを使用してシミュレートすることもできます。必要な数のモードを検出できます。このようなスタディは、S パラメータ シミュレーション スタディから簡単に導き出すことができます。HFWorks では、ドラッグ アンド ドロップで共振シミュレーションをすばやく設定できます。共振ソルバーは、モデルの EM 行列を考慮して、さまざまな固有モード ソリューションを提供します。この結果は、以前の研究結果と非常によく一致しています。ここに結果表を示します。

参考文献

[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.