Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

 
 
 
 
 
 
 
 

Themen

für Studien- und Diplomarbeiten

 

Design und Realisierung der Hairpin Bandpass-Filter mittels "Defected Ground Structure"(DGS)- und Kopplungsmatrix-Methoden

Gekoppelte Mikrowellen Resonatoren spielen eine wichtige Rolle in den modernen Kommunikationssystemen. Filterstrukturen mit besseren Eigenschaften können häufig realisiert werden, nur indem man kreuz-gekoppelte Resonatoren" cross-coupled resonators" verwendet, um eine Filterantwort mit Transmission Zero zu entwerfen. Eine Allgemeine Theorie der Cross-Coupled Resonators Bandpaßfilter wurde in den siebziger Jahren durch Atia, Williams, und Cameron entwickelt. Danach haben sich andere Forscher wie Amari und Lancaster mit diesen Thema intensiv beschäftigt. Im Jahr 2004 veröffentlichte Smain Amari, Professor vom Royal Military College of Canada, das IEEE-Paper "Direct Synthesis of a New Class of Bandstop Filters", und im Jahr 1996 veröffentlichte Lancaster IEEE-MTT-Paper "Coupling of Microstrip Square Open-Loop Resonators for Cross-Coupled Planar Microwave Filters", diese Dokumente beschreiben eine mögliche Synthese für passive Zweipole, im besonderen für Bandpassfilter. Kernstück ist eine Kopplungsmatrix, welche durch Lösen der Übertragungsfunktions- Polynome gefunden wird. Die Kopplungsmatrix enthält alle Informationen, die für die Entwicklung eines Bandpassfilter nötig sind. Abstände zwischen den Resonatoren, Höhe der Ankopplungen, Art der Kopplungen (kapazitiv oder induktiv) und nicht zuletzt die Filterstruktur selbst können direkt aus der Matrix bestimmt.

Design und Ziele der Arbeit

Das Design erfolgt anhand einer Kopplungsmatrix eines 3-kreisigen Bandpassfilters, welches nach dem Ansatz von Amari oder Lancaster berechnet wurde. Mit dem 3D-EM Simulator von CST Microwave Studio oder Microwave Office wird die Struktur aufgebaut, simuliert und optimiert. Es zeigt sich, dass die Entwicklung über eine Kopplungsmatrix grundsätzlich sehr gut funktioniert. Die neue Idee ist, dass wir die DGS-Resonatoren und Multilayer Methode anwenden, um die Kompaktheit zu erzielen. Bei einem guten Simulationsergebnis wird der Filter in unserem Labor hergestellt und getestet.

Die Arbeit wird wie folgt aufgeteilt:

  • Theorie: 30%
  • Simulation: 50%
  • Messungen: 20%
Betreuer: Dipl.-Ing. Boutejdar
 

Entwurf und Optimierung eines abstimmbaren Bandpass-Filters bestehend aus einer Kombination eines H-DGS-Element und eines Varaktors

Heutzutage sind Kompakt-Filter mit gewünschten Eigenschaften eine Voraussetzung, um weiter als konkurrenzfähig in der drahtlosen und mobilen Kommunikationswelt zu bleiben. Viele Forscher haben versucht die Photonic Band Gap (PBG) Strukturen und Defected Ground Structure (DGS) in Mikrowellen- und Kommunikationssystemen anzuwenden. Defected Ground Structure(DGS)-Technologie hat bewiesen, dass sie besser und rentabler in vielen Bereichen ist als die Photonic Band Gap (PBG)-Technik. Die Transmission Linie mit DGS besitzt die "Slow Wave Effect" Eigenschaften und damit weniger Verlust in Passband und eine breite Bandsperre im Stopbandbereich zusätzlich ist. Der BPF mit DGS viel kompakter, preisgünstiger und hat einen höheren Qualitätsfaktor im Vergleich mit dem konventionellen Bandpass-Filter. Wegen dieser Vorteile werden die DGS-Filter oft in mehreren Kommunikationsbereichen wie Antennen, Radar und Satelliten angewendet.

Design und Ziele der Arbeit

In dieser Arbeit möchten wir einen Tunable Bandpaß Filter entwerfen, optimieren und realisieren mittels Mikrostreifen- und DGS-Technik. Um die Breitband von unserem Bandpass-Filter zu kontrollieren, wird ein H-DGS-Bandpass Filter vorgeschlagen. Der Filter besteht aus zwei Gab-getrennten 50W Mikrostreifen Linien in der oberen Schicht(Top Layer) und eine H-DGS-Element in der unteren Schicht( Bottom Layer), diese Struktur wird auf einen Dielektrikum von 3.38 angefertigt. Eine Kapazität wird integriert als Bauelement mit H-DGS, damit wird die Bandbreite des Filers kontrollierbar sein und zwar mit einer einfachen Änderung der Kapazitätswerte. Hier wird die Aufgabe sein, die Kapazität mit einem Varaktor einzusetzen , der mit einer Spannungsquelle verbunden ist, um einen Tunable Bandpaß Filter zu erzielen.

Die Arbeit wird wie folgt aufgeteilt:

  • Theorie: 30%
  • Simulation: 50%
  • Messungen: 20%
Betreuer: Dipl.-Ing. Boutejdar
 

Analyse, Entwurf, Optimierung von Mikrostreifen-Schlitz-Bandpass-Filtern bzw. Bandsperr-Filtern

Mikrostreifenleiterfilter haben breite Anwendungen in vielen RF/Mikrowellen-Schaltungen und Systemen. Um die Leistung, die Kompaktheit zu erhöhen und die Eigenschaften des Bandpass-Filters zu kontrollieren, kommen Flächen- und Schlitz-Resonatoren zum Einsatz.Diese Schmal-Bandpass-Filter werden mit rektangulären Mikrostreifen und Dreieck-Schlitz- λ/2-Resonatoren realisiert. Die Vorteile des Verwendens eines Schlitz-Filters sind seine Topologie, die die Zero-Transmission und damit ein gute Antwort im Übergangbereich verursachen. Aufgrund der Kopplung sind solche Filter verlustarm und bewirken eine gute Unterdrückung der Harmonischen Funktion und damit eine gute Antwort in Durchlass- bzw. Sperrbereich. Für verschiedene Filter sind die Strukturabmessungen mit Hilfe verschiedener Software oder rechnerisch mittels Methode der Kopplungsmatrix zu definieren.

Es sind folgende Aufgaben zu bearbeiten:

  1. Einarbeitung in die Problematik der Mikrostreifenleitertechnik
  2. Filterentwurf mittels der Programme MATLAB und Microwave Office
  3. Simulation der entworfenen Bandpassfilter
  4. Realisierung der Filterstruktur
  5. Vergleich der Simulation mit den Messungen

Die Arbeit wird wie folgt aufgeteilt:

  • Theorie: 30%
  • Simulation: 50%
  • Messungen: 20%
Betreuer: Dipl.-Ing. Boutejdar
 

Analyse und Entwurf der Mikrostreifen Bandpass-Filter

Im Mikrowellenbereich ist die Anwendung von konzentrierten LC Bauelementen problematisch. In hohen Frequenzbereichen (ab 300 MHz) können die Abmessungen der Bauelementen nicht mehr gegenüber der Wellenlänge vernachlässigt werden. Die Realisierung von Mikrowellenbauelementen kann durch die planare Wellenleitertechnik oder Hohlleitertechnik erfolgen. Beim Entwurf von Bandpassfiltern werden die charakteristischen Übertragungs- größen zuerst untersucht und bestimmt (d. h. die Mittenfrequenz, die Bandbreite, Steilheit der Filterkurve, die Dämpfung im Durchlassbereich). Anhand der geforderten Steilheit und der Randbedienungen an der Dämpfung der gesuchten Bandpassfilter wird die Ordnungszahl der Filter festgelegt. Eine sinnvolle Entwurfsmethode ist, man geht von einem Standart- Tiefpassfilter mit bekannten Eigenschaften und Übertragungsverhalten aus. Als zweiten Schritt transformiert man diese Tiefpassfilter mit den bekannten Eigenschaften in ein Bandpassfilter, dabei bleiben die Eigenschaften der Tiefpassfilter erhalten (siehe Bandpasstiefpasstransformation). Dann transformiert man den RLC-Bandpassfilter in einen Mikrostreifenleiterfilter (Impedanz/Admittanz-Konverter). Im Rahmen dieser Arbeit wird einige Beispiele gerechnet und aufgebaut, wobei vor allem die Entwurf- bzw. Aufbauschwierigkeiten, wie Gehäuseproblem bzw. unerwünschte Resonanzen, Leitungsdämpfungen und Verluste, unerwünschte Leiterdiskontinuitäten untersucht und behandelt.

Es sind folgende Aufgaben zu bearbeiten:

  1. Einarbeitung in die Problematik der Mikrostreifenleitertechnik
  2. Filterentwurf mittels TX-Line und Microwave-Office
  3. Filterentwurf mittels Kopplungsmatrix Methode
  4. Ergebnisvergleich zwischen die beiden Verfahren>
  5. Simulation der entworfenen Mikrostreifen Filtern
  6. Realisierung der Filterstrukturen
  7. Test und Erprobung
Betreuer: Dipl.-Ing. Boutejdar
Letzte Änderung: 10.07.2012 - Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Abbas Omar