ارائه یک فیلتر باند باریک کوچک با استفاده از ساختارهای چپگرد-راستگرد برای کاربردهای WLAN

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیارگروه مهندسی برق- دانشگاه ولی عصر رفسنجان (عج)، رفسنجان، ایران

2 استادیارگروه مهندسی برق، دانشگاه ولی عصر رفسنجان (عج)، رفسنجان، ایران

چکیده

در این مقاله، یک فیلتر باند باریک بسیار فشرده جدید با لبه‌های تیز در باند فرکانسی WLAN با استفاده از ساختارهای چپگرد-راستگرد ارائه شده است. در طراحی فیلتر باند باریک پیشنهادی از سلول واحدهای جدیدی استفاده شده است. فیلتر طراحی شده از ترکیب دو بخش مجزا تشکیل شده است. بخش اول یک ساختار راست‌گرد (RH) و بخش دوم یک ساختار چپ‌گرد (LH) است. بخش راست‌گرد با استفاده از مکمل حلقه‌های تشدیدی شکاف‌دار اسپیرال که روی صفحه زمین حک شده‌اند و یک استاب‌ زمین شده به­وسیله میانراه ‌روی سطح بالایی ساختار پیاده‌سازی شده است در حالی­که بخش چپ‌گرد با استفاده از مکمل حلقه‌های تشدیدی شکاف‌دار اسپیرال با ابعاد بزرگتر که روی صفحه زمین حک شده‌اند و خازن اینتردیجیتال سری روی سطح بالایی ساختار پیاده­سازی شده است. در پیکربندی پیشنهادی، بخش راست‌گرد میان دو بخش چپ‌گرد قرار گرفته است. بخش راست‌گرد یک قطب انتقال و بخش چپ‌گرد یک قطب انتقال و یک صفر تولید می‌کنند که دو قطب انتقال در باند عبور فیلتر در فرکانس مربوط به باند WLAN (فرکانس  GHz4/2) رخ می‌دهند. مدل مداری ساختار پیشنهادی نیز فراهم آمده است و نتایج مدل مداری با نتایج شبیه­سازی مقایسه شده‌اند. این فیلتر دارای پهنای باندی است که محدوده‌   GHz 25/2 تا GHz 45/2 را پوشش می‌دهد، به عبارت دیگر فیلتر دارای پهنای باند کسری 5/8% می‌باشد. ابعاد فیلتر پیشنهاد شده برابر gλ 06/0 × gλ 25/0 است که در مقایسه با فیلترهای مشابه طراحی شده بسیار کوچکتر می‌باشد. به منظور اعتبار بخشی به روش طراحی فیلتر، ساختار پیشنهادی ساخته و اندازه­گیری شده است. با توجه به نتایج به­دست­آمده به وضوح دیده می‌شود که نتایج اندازه‌گیری با نتایج شبیه‌سازی سازگاری خیلی خوبی دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Compact Narrow Band-Pass Filter Based on Composite Right-Left Handed Structures for WLAN Application

نویسندگان [English]

  • Mostafa Danaeian 1
  • Hossein Ghayoumi-Zadeh 2
1 Department of Electrical Engineering, Vali-E-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
چکیده [English]

A new topology for the design of microwave narrow band-pass filters (NBPFs) with wide out of band rejection and sharp edges, based on the use of Composite Right-Left Handed (CRLH) Transmission Line (TL) concept is presented. The proposed NBPF has been realized by using two different sections. The left-handed section is implemented by etching spiral complementary split ring resonator (SCSRR) unit-cell in the ground plane as well as series interdigital capacitors in the upper metal level while the right-handed section is implemented by etching SCSRR unit-cell in the ground plane and conventional microstrip transmission line shorted via a hole in the upper metal level. Accordingly, CRLH transmission line concept is implemented by this configuration which acts as a narrow band-pass filter. Because of the smaller electrical size of spiral resonators, the total electrical size of the proposed NBPF can be reduced by using this proposed configuration. Compared with some other reported NBPFs, the presented NBPF has great improvements in size reduction and selectivity. Consequently, a compact NBPF is designed which exhibits extremely sharp rejection skirts around the target passband. The equivalent circuit model of the designed filter and full-wave simulation results of the NBPF are also developed. To validate the design concept, the proposed NBPF has been fabricated and tested. Experimental verification is provided and good agreement has been found between simulation and measurement. The proposed NBPF has a passband which covers 2.25 to 2.45 GHz and its measured 3 dB fractional bandwidth is about 8.5%. The total size of the proposed NBPF is 0.25 λg× 0.06 λg, where λg is the guided wavelength at the center passband.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metamaterial
  • Narrow Bandpass Filter (NBPF)
  • Compact Size
  • Interdigital Capacitor
  • Composite Right-Left Handed (CRLH)
  • Spiral Complementary Split Ring Resonator (SCSRR)
  • Microstrip Transmission Line

مراجع

[1]     C. Caloz and T. Itoh, “Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications,” John Wiley & Sons, Inc., 2006.
[2]     R. Marques, F. Martin, and M. Sorolla, “Metamaterials with negative parameters: theory, design, and microwave applications,” vol. 183, John Wiley & Sons, 2011.
[3]     F. Martin, “Artificial transmission lines for RF and microwave applications,” John Wiley & Sons, 2015.
[4]     J. Bonache, F. Martín, F. Falcone, J. García, I. Gil, T. Lopetegi, M. A. G. Laso, R. Marqués, F. Medina, and M. Sorolla, “Super compact split ring resonators CPW band pass filters,” In 2004 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (IEEE Cat. No. 04CH37535), vol. 3, pp. 1483-1486, 2004.
[5]     J .Bonache, G. Ignacio, J. Garcia-Garcia, and F. Martin, “Novel microstrip bandpass filters based on complementary split-ring resonators,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 54, no. 1, pp. 265-271, 2006.
[6]     J. Bonache, F. Martin, F. Falcone, J. García‐García, I. Gil, T. Lopetegi, M. A. G. Laso, R. Marques, F. Medina, and M. Sorolla, “Compact coplanar waveguide band‐pass filter at the S‐band,” Microwave and Optical Technology Letters vol. 46, no. 1, pp. 33-35, 2005.
[7]     J. Bonache, F. Martin, F. Falcone, J. D. Baena, T. Lopetegi, J. García‐García, M. AG Laso, et al., “Application of complementary split‐ring resonators to the design of compact narrow band‐pass structures in microstrip technology,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 46, no. 5, pp. 508-512, 2005.
[8]     J. Bonache, I. Gil, J. Garcia-Garcia, and F. Martin, “Complementary split rings resonators (CSRRs): Towards the miniaturization of microwave device design,” Journal of computational electronics, vol. 5, no. 2-3, pp. 193-197, 2006.
[9]     J. Bonache, M. Gil, I. Gil, J. Garcia-Garcia, and F. Martin, “Limitations and solutions of resonant-type metamaterial transmission lines for filter applications: the hybrid approach,” In 2006 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp. 939-942, IEEE, 2006.
[10]  E. Musonda and I. C. Hunter, “Microwave Bandpass Filters Using Re-Entrant Resonators,” Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 63, no. 3, pp.      954-964, 2015.
[11]  M. Danaeian and H. Ghayoumi-Zadeh, “Miniaturized substrate integrated waveguide filter using fractal open complementary split-ring resonators,” International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, vol. 28, no. 5, pp. 1-10, 2018.
[12]  M. Danaeian, K. Afrooz, and A. Hakimi, “Miniaturization of substrate integrated waveguide filters using novel compact metamaterial unit-cells based on SIR technique,”            AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 84, no. 1, pp. 62-73, 2018.
[13]  A. K. Arani and M. Kanti Mandal, “Narrowband Substrate Integrated Waveguide Bandpass Filter with High Selectivity,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 28, no. 5, pp. 416-418, 2018.
[14]  Wang, Jianpeng, Feng Huang, Lei Zhu, Chuantao Cai, and Wen Wu, “Study of a new planar-type balun topology for application in the design of balun bandpass filters,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 64, no. 9, pp. 2824-2832, 2016.
[15]  Lu, Hongshu, Weiwei Wu, Jingjian Huang, Xiaofa Zhang, and Naichang Yuan, “Compact dual-mode microstrip bandpass filter based on greek-cross fractal resonator,” Radioengineering, vol. 26, no. 1, pp. 275-284, 2017.
[16]  J. S. Hong, “Microstrip Filters for RF/Microwave Application,” 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2011.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 فروردین 1398
  • تاریخ بازنگری: 11 اردیبهشت 1398
  • تاریخ پذیرش: 13 خرداد 1398
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار