اینفیلتر پایین{0}راهنمای موجیک جزء غیرفعال است که به طور خاص برای باندهای فرکانس امواج مایکروویو و میلی متری- طراحی شده است. عملکرد یک فیلتر{2}}کم گذر موجبر برای امواج سینوسی این است که اجازه می دهد امواج سینوسی زیر فرکانس قطع-تقریباً بدون تضعیف عبور کنند، در حالی که به طور قابل توجهی امواج سینوسی بالای فرکانس قطع- را تضعیف یا مسدود می کند. این ویژگی از این واقعیت ناشی میشود که ساختار آن فقط از انتشار امواج الکترومغناطیسی در حالتهای خاص پشتیبانی میکند و حالتهای مختلف با فرکانسهای قطع{6} مختلف مطابقت دارند.
توابع و اصول اساسی
- برای امواج سینوسی با فرکانسهای کمتر از فرکانس قطع-fc، فیلتر بهعنوان یک کانال انتقال کم{1} عمل میکند و سیگنال تقریباً بدون اعوجاج از آن عبور میکند.
- هنگامی که فرکانس بالاتر از fc است، فیلتر وارد باند توقف می شود، سیگنال به طور قابل توجهی ضعیف می شود، دامنه به سرعت کاهش می یابد و شکل موج به شدت مخدوش می شود یا حتی ناپدید می شود.
- این مشخصه و پارامترهای ساختاری فیلتر، طرحهای مختلف منجر به فرکانسهای برش{0} و ویژگیهای باند انتقال متفاوت میشود.
طراحی و ساختار
- فیلترهای{0}کم گذر موجبر معمولاً از یک یا چند بخش از موجبرهای مستطیلی یا دایرهای با اندازههای خاص تشکیل شدهاند و از ویژگیهای قطع حالت موجبرها برای دستیابی به انتخاب فرکانس استفاده میکنند.
- ساختارهای متداول شامل فیلترهای-پایین امپدانس پلکانی، فیلترهای کم گذر-خازن-بارگذاری شده{2}}و غیره است که با تغییر مقطع-راهنمای موج، فرکانس قطع و خروج از باند را تنظیم میکند. اجزای دی الکتریک
چالش ها و نوآوری های فنی
- چالش طراحی در دستیابی به یک باند انتقال شیب دار با حفظ تلفات درج کم و افت بازگشت خوب در باند عبور نهفته است.
- طرحهای جدید اغلب از موجبرهای مقطع گرادیان، بارگذاری دی الکتریک یا ساختارهای تناوبی برای بهینهسازی پاسخ فرکانسی نزدیک فرکانس قطع{{1}استفاده میکنند.
سناریوهای کاربردی
فیلترهای کمتر{0}}راهنمای موج به دلیل قابلیت غربالگری فرکانس دقیق برای امواج سینوسی، به طور گسترده در سیستمهای امواج مایکروویو و{0} میلیمتری استفاده میشوند. سناریوهای اصلی عبارتند از:
- سیستم رادار: سیگنال خروجی توسط فرستنده رادار حاوی حامل هدف و سیگنالهای جعلی با فرکانس بالا-است. اگر سیگنال های جعلی وارد آنتن شوند، در تشخیص هدف توسط رادار اختلال ایجاد می کنند. یک فیلتر پایین گذر موجبر به صورت سری بین فرستنده و آنتن متصل میشود و به موج سینوسی حامل 9 گیگاهرتز اجازه میدهد بدون تلفات عبور کند در حالی که سیگنالهای 12 گیگاهرتزی را مسدود میکند و دقت تشخیص رادار را تضمین میکند. در انتهای گیرنده رادار، فیلتر میتواند تداخل فرکانس بالا-از بیرون را مسدود کند و از تأثیر موج سینوسی تداخل بر حساسیت دریافت جلوگیری کند.
- ارتباطات ماهواره ای: هر دو سیگنال ارتباط بالا و پایین ماهواره ها امواج سینوسی در باند فرکانس مایکروویو هستند، اما اجزای الکترونیکی داخل ماهواره ممکن است صدای فرکانس{{0} بالا ایجاد کنند. با ادغام فیلتر پایین{2}}راهنما در پیوند سیگنال ماهواره، می توان از ورود موج سینوسی نویز 20 گیگاهرتز به کانال سیگنال جلوگیری کرد و از خلوص سیگنال بالا/لینک پایین و کاهش نرخ خطای بیت ارتباطی اطمینان حاصل کرد. علاوه بر این، ارتباطات ماهوارهای دارای الزامات بسیار بالایی برای ظرفیت توان و قابلیت اطمینان تجهیزات است. ویژگی های تحمل توان بالا و طول عمر طولانی فیلترهای{6}کم گذر موجبر آنها را به یک انتخاب ایده آل تبدیل می کند.
- سیستم تست مایکروویو: در منابع سیگنال مایکروویو، آنالایزرهای طیف و سایر تجهیزات تست، از فیلترهای پایین گذر{0} موجبر برای "تصفیه" سیگنال های آزمایشی استفاده می شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک منبع سیگنال یک موج سینوسی 1 گیگاهرتز را خروجی می دهد، ممکن است با یک سیگنال هارمونیک 5 گیگاهرتز همراه شود. اگر مستقیماً برای آزمایش دستگاه ها استفاده شود، منجر به انحراف در نتایج آزمایش می شود. با اتصال یک{6}}فیلتر پایینگذر موجبر با فرکانس قطع- 3 گیگاهرتز در انتهای خروجی منبع سیگنال، هارمونیکهای 5 گیگاهرتز را میتوان حذف کرد و موج سینوسی 1 گیگاهرتز را که برای آزمایش استفاده میشود خالص نگه داشت و از صحت دادههای آزمایش اطمینان حاصل کرد.
چالش های فنی و جهت گیری های آینده
با توسعه فناوری مایکروویو به سمت باندهای فرکانس بالاتر و دستگاههای کوچکتر، نوآوری فنآوری فیلترهای پایینگذر{0} موجبر بر روی جهتهای زیر تمرکز میکند:
- کاربرد مواد جدید: ابررسانایی-دمای بالا و فرامواد: مقاومت مواد ابررسانای-در دمای بالا در محیطهای با دمای پایین نزدیک به صفر است. هنگامی که از آنها برای ساختن دیواره های داخلی موجبرها استفاده می شود، تلفات اهمی در باند عبور می تواند به کمتر از 0.1dB کاهش یابد، که به طور قابل توجهی راندمان انتقال امواج سینوسی با فرکانس پایین- را بهبود می بخشد و آنها را برای سناریوهای حساس به تلفات مناسب می کند. فرامواد می توانند با طراحی ساختارهای واحد، به خواص الکترومغناطیسی خاصی مانند "ثابت دی الکتریک منفی" و "نفوذپذیری مغناطیسی منفی" دست یابند و انتظار می رود از حد فرکانس قطع- موجبرهای موج سنتی عبور کنند. برای مثال، طراحی موجبرهای پر شده با فرامواد میتواند فرکانس قطع را به زیر 500 مگاهرتز کاهش دهد و در عین حال کوچکسازی اندازه موجبر را حفظ کرده و باند فرکانس کاربردی فیلتر را گسترش دهد.
- یکپارچه سازی و چند{0}}کارکردی: فیلترهای پایین{0}}راهبر موج آینده در جهت "یکپارچه سازی چند دستگاه" توسعه خواهند یافت، به عنوان مثال، ادغام فیلترها با تقسیم کننده های قدرت موجبر، ایزولاتورها و سایر اجزا بر روی همان بستر دی الکتریک برای تشکیل "ماژول مایکروویو یکپارچه"، که نه تنها اندازه اتصال را کاهش می دهد، بلکه باعث کاهش اندازه اتصال بین قطعات نیز می شود. علاوه بر این، با تعبیه اجزای قابل کنترل مانند سرامیک پیزوالکتریک و سوئیچهای RF MEMS در موجبر، میتوان یک "فیلتر پایین{3}}قابلیت تنظیم مجدد موجر" طراحی کرد. سیستم های چند-باندهی
- بهینه سازی سازگاری محیطی شدید: برای سناریوهای شدید مانند اکتشافات اعماق فضا و صنعت هستهای، لازم است تحمل محیطی فیلتر - را بیشتر افزایش دهیم، به عنوان مثال، با استفاده از مواد فلزی مقاوم در برابر تشعشع- برای ساخت محفظه موجبر برای مقاومت در برابر آسیب پرتوهای کیهانی به ساختار؛ یک ساختار موجبر «متوسط-رایگان» طراحی کنید تا از پیری یا خرابی محیط در محیطهای با-دما و فشار{4} بالا جلوگیری کنید، و اطمینان حاصل کنید که فیلتر همچنان میتواند امواج سینوسی را در محدوده دمایی -200 درجه تا + 500 درجه و در محیطهای پرتابش به طور پایدار فیلتر کند.
نتیجه گیری
فیلترهای کمتر{0}راهبر موجدستیابی به "انتقال انتخابی و مسدود کردن" امواج سینوسی با فرکانس های مختلف با تنظیم ویژگی های انتشار حالت های الکترومغناطیسی. آنها اجزای کلیدی در سیستمهای امواج مایکروویو و میلیمتری{1}}برای تضمین کیفیت سیگنال و سرکوب تداخل هستند. با نوآوری مداوم فناوری، عملکرد آن از نظر انتخاب فرکانس، کوچکسازی، و سازگاری محیطی همچنان بهبود مییابد و از سیستمهای-با کارایی بالا-با فرکانس بالاتر پشتیبانی میکند.
مرجع
1"Waveguide Low-Pass Filter Design and Analysis," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 62, No. 11, pp. 2829-2838, 2014.
2. پوزار، DM، "مهندسی مایکروویو"، ویرایش چهارم، جان وایلی و پسران، 2012.
3."طراحی فیلتر پایین{1}}طراحی فیلتر با استفاده از ساختارهای موجبر، پیشرفت در تحقیقات الکترومغناطیسی C، جلد. 25، ص. 1-12، 2011.