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Studio di filtri a microonde in microstriscia

Informazioni tesi

  Autore: Domenico Bartiromo
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria dell'informazione
  Relatore: Paolo Burghignoli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 111

In quest’opera, suddivisa in tre capitoli, vengono studiati i filtri in microstriscia per le microonde.
Nel primo capitolo è stata effettuata una panoramica sui filtri, sulle strutture periodiche le quali in forza della periodicità schematizzabile attraverso suscettanze concentrate ad intervalli regolari, si comportano come filtri. In seguito sono stati introdotti i filtri a microonde e quindi la tecnica dell’insertion loss per la costruzione di un filtro passa-banda di Chebyshev a ripple costante. Quindi viene spiegato come progettare un filtro prototipo passa-basso e la sua trasformazione da passa-basso a passa-banda mediante trasformazione in frequenza. Infine si introducono gli invertitori di impedenza e ammettenza.
Nel secondo capitolo si passa alla descrizione delle linee di trasmissione a microstriscia. Dopo una iniziale descrizione di struttura planare si descrive l’approssimazione quasi-TEM della microstriscia fornendo poi gli strumenti per la determinazione di alcuni parametri come la costante dielettrica, l’impedenza caratteristica, la lunghezza d’onda guidata, la lunghezza elettrica, la costante di propagazione e la velocità di fase. Si passa dunque a parlare degli effetti dello spessore della microstriscia, della dispersione e delle perdite. In seguito vengono trattate alcune discontinuità tipiche come gli step, le estremità aperte, i gap e le curve. Infine si parla di alcuni componenti di una microstriscia sia concentrati che semi-concentrati.
Nel terzo capitolo si effettua un’analisi e poi una simulazione di un caso di studio. Dopo una breve introduzione riguardo al filtro prototipo passa-basso si passa ad analizzare per mezzo di Matlab la risposta in frequenza di un filtro prototipo passa-basso di Chebyshev a 3 poli. Si procede quindi allo scalamento delle impedenze e tramite Matlab se ne descrive il comportamento. Poi avviene la trasformazione in frequenza, da banda base a 6 GHz, e di nuovo si analizza l’andamento per mezzo di Matlab. Si introducono gli invertitori di ammettenza fornendo anche le relazioni analitiche per la loro determinazione e si analizza il comportamento del filtro passa-banda con invertitori. Viene descritto quindi il filtro a gap capacitivo i cui risonatori sono lunghi mezza lunghezza d’onda e se ne danno le relazioni formali per determinare l’ammettenza d’inversione. Quindi si passa al caso di studio del filtro con i risonatori a mezza lunghezza d’onda alla frequenza di 6 GHz determinando tutti i parametri del filtro: capacità e spazio di gap, allungamenti e lunghezze effettive dei risonatori ed in seguito viene caratterizzato il gap capacitivo a microstriscia. Tale filtro viene simulato tramite il simulatore elettromagnetico Ansoft Designer inizialmente come struttura aperta e poi con un piatto metallico nella parte superiore per limitare la radiazione libera.In seguito il progetto viene importato in Ansoft HFSS per effettuare una simulazione in una struttura completamente schermante: una guida d’onda rettangolare.

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1 1 Strutture periodiche e filtri Un filtro è una rete due-porte che realizza delle funzioni di trasformazione o elaborazione di segnali posti sulla porta di ingresso. Una sua funzione può essere quella di eliminare determinate frequenze indesiderate permettendo una buona ricezione di quelle per cui è stato progettato. Tipiche risposte in frequenza sono: passa-basso, che permette il passaggio di segnali compresi tra zero ed una frequenza di taglio superiore dipendente dal filtro stesso; passa-alto, che permette il passaggio di frequenze al di sopra di un valore di cutoff; passa-banda, che permette il passaggio di frequenze all’interno di un intervallo, la cosiddetta banda passante, attenuando tutte le altre. Il complemento del filtro passa-banda è detto filtro elimina-banda, il quale attenua le frequenze rientranti in range di valori lasciando passare le altre. Un semplice esempio di struttura con proprietà filtranti è fornito dalle strutture periodiche, ovvero strutture che presentano simmetria discreta di traslazione. Una struttura periodica consiste ad esempio in una linea di trasmissione o una guida d’onda caricata ad intervalli periodici con elementi reattivi. Queste strutture sono di interesse per la loro applicazione per le onde lente, ovvero quelle onde che si propagano ad una velocità minore della velocità della luce. 1.1 Strutture periodiche Una guida d’onda o una linea di trasmissione caricata ad intervalli periodici con ostacoli identici come elementi reattivi è detta struttura periodica, essa può assumere varie forme come mostrato in figura 1.1. Spesso gli elementi di carico sono formati da discontinuità sulla linea, ma in ogni caso vengono modellate sempre come reattanze concentrate. Figura 1.1: esempi di strutture periodiche, (a) stub periodici su microstriscia. (b) diaframmi periodici in guida d’onda.

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