طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی یک فیلتنای مایکرواستریپ با روی‌کرد طراحی فیلتر میان‌گذر

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی - دانشگاه گیلان

چکیده

طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی یک آنتن با قابلیت فیلترینگ ارائه شده‌است. یک آنتن مایکرواستریپ مربعی و فیلتر مایکرواستریپ میان‌گذر با تشدیدکننده‌های نصف طول موج تزویج‌شده‌ی موازی، برای طراحی یک فیلتنا با یک‌دیگر ترکیب شده‌اند. زیرلایه این ساختار دارای ضریب دی‌الکتریک 2.6 است. اجزای این فیلتنا با یک‌دیگر یک فیلتر مرتبه‌ی 4 با پاسخ چبیشف را تشکیل می‌دهند که فرکانس مرکزی آن 2.45 گیگاهرتز است. ابتدا یک فیلتر میان‌گذر مایکرواستریپ با تشدیدکننده‌های نصف طول موج تزویج شده‌ی موازی، طراحی شد و سپس به‌جای تشدیدکننده‌ی آخر آن یک صفحه‌ی مایکرواستریپ مستطیلی قرار گرفت تا علاوه‌بر نقش تشدیدکننده‌ی آخر فیلتر، نقش یک عنصر تشعشع‌کننده را نیز ایفا کند. پهنای باند 3 دسیبل این ساختار 260 مگاهرتز و پهنای باند10- دسیبل آن برابر با 10.5 درصد است. فیلتنای پیشنهادی فرکانس‌های خارج از باند را به‌خوبی حذف می‌کند، در باند عبور بهره‌ی نسبتاً یک‌نواخت و الگوی تشعشعی مناسبی دارد. درستی عملکرد نمونه طراحی‌شده با نرم‌افزار شبیه‌سازی HFSS ارزیابی شده‌است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design, analysis and simulation of a microstrip filtenna using pass band filter synthesis approach

نویسندگان [English]

  • H. Ghorbaninejad
  • O. Ettehad Mohkam
Department of Electrical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

In this paper, the simulation, analysis and design of a filtering antenna (filtenna) has been presented. A rectangular microstrip antenna and a parallel-coupled half-wavelength resonator filter are combined together to design a filtenna. This structure has a substrate with dielectric constant of 2.6. The proposed structure form a forth order band-pass filter with Chebyshev response and center frequency of 2.45 GHz. First, a parallel-coupled half-wavelength resonator filter was designed using Filter Synthesis Approach, then a microstrip rectangular patch was used instead of the last resonator of filter to act not only as the last resonator of filter, but also as a radiating element. The 3-dB bandwidth of the structure is 260 MHz and the -10-dB bandwidth is equal to 10.5 percent. The proposed filtenna has a good out-of-band gain suppression, flat in-band gain, and well-shaped radiation pattern. The performance of the proposed filtenna has been simulated with HFSS.

کلیدواژه‌ها [English]

  • antenna
  • Filter
  • Microstrip
  • filtenna
  • parallel-coupled
  • half-wavelength
  • resonator
[1] علی‌اکبر دسترنج، « آنتن حلزونی ارشمیدسی چهاربازویی در باند فرکانسی 2 تا 4 گیگاهرتز برای سیستم‌های ردگیری مونوپالس اهداف هوایی»، دوره 47، شماره 3، صفحه 1033-1025، 1396.
[2] ایمان مجیدی، حسین همتی و سید حسن صدیقی، « طراحی آنتن چهارتایی شکافی فشرده با قطبش دایروی برای به‌کارگیری در گیرنده‌ی GPS»، دوره 46، شماره 4، 309-299، 1395.
[3] Le Nadan, T. Coupez, J. P. Toutain, S. & Person, C, “Integration of an antenna/filter device, using a multi-layer, multi-technology process.” 28th European Microwave Conference, Vol. 1, pp. 672-677, 1998.
[4] Queudet, F. et al, “Integration of pass-band filters in patch antennas.” 32nd European Microwave Conference, IEEE, 2002.
[5] Mansour, Ghaith, et al, “Design of filtering microstrip antenna using filter synthesis approach.” Progress In Electromagnetics Research 145, pp. 59-67, 2014.
[6] Ohira, Masataka, and Zhewang Ma, “An efficient design method of microstrip filtering antenna suitable for circuit synthesis theory of microwave bandpass filters.” Antennas and Propagation (ISAP),  International Symposium, IEEE, 2015.
[7] Chuang, Chao-Tang, and Shyh-Jong Chung, “Synthesis and design of a new printed filtering antenna.” IEEE Transactions on Antennas and Propagation 59.3, pp. 1036-1042, 2011.
[8] Fakharian, Mohammad M. et al, “A wideband and reconfigurable filtering slot antenna.” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 15, pp. 1610-1613, 2016.
[9] Yao, Zhi Hong, and Dong Chen, “A novel filtering antenna using dual-mode resonator.” Progress In Electromagnetics Research Letters 58, pp. 113-118, 2016.
[10] Zhao, Xiao-Lan, et al, “High gain filtering antenna for WCDMA application.” Electromagnetic Compatibility (APEMC), Asia-Pacific International Symposium, IEEE, Vol. 1, 2016.
[11] Wang, Rongda, and Peng Gao, “A compact microstrip ultra-wideband filtenna.” Electronic Packaging Technology (ICEPT), 15th International Conference, IEEE, 2014.
[12] Hsieh, Chin-Yuan, Cheng-Hsun Wu, and Tzyh-Ghuang Ma, “A compact dual-band filtering patch antenna using step impedance resonators.” IEEE Antennas and wireless propagation letters 14, pp. 1056-1059, 2015.
[13] Chen, L., and Y-L. Luo, “Compact filtering antenna using CRLH resonator and defected ground structure.” Electronics Letters 50.21, pp. 1496-1498, 2014.
[14] Hong, Jia-Shen G. and Michael J. Lancaster, Microstrip filters for RF/microwave applications. Vol. 167, John Wiley & Sons, 2004.
[15] Aitken,J. E, “Swept-frequency microwave Q-factor measurement.” Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, Vol. 123, No. 9, 1976.
[16] Bray, J. R. and L. Roy, “Measuring the unloaded, loaded, and external quality factors of one-and two-port resonators using scattering-parameter magnitudes at fractional power levels.” IEE Proceedings-Microwaves, Antennas and Propagation 151.4, pp 345-350, 2004.
[17] Balanis, Constantine A, Antenna theory: analysis and design. John Wiley & Sons, 2016.