Luận án tiến sĩ về phát triển bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần

• Tác giả: Trần Thị Thu Hường
• Người hướng dẫn: GS.TS Vũ Văn Yêm
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Bộ Lọc Hốc Cộng Hưởng Đồng Trục Siêu Cao Tần
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC HỐC CỘNG HƯỞNG ĐỒNG TRỤC SIÊU CAO TẦN
• 1.1. Tổng quan về đặc tính của bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần
• 1.2. Bộ tham số đặc tuyến của bộ lọc
• 1.3. Khảo sát các tham số về cơ khí và điều kiện môi trường
• 1.4. Phương pháp xây dựng bộ lọc thông dải từ bộ lọc thông thấp mẫu
• 1.4.1. Định nghĩa chung
• 1.4.2. Xây dựng bộ lọc thông dải từ bộ lọc thông thấp mẫu
• 1.5. Nguyên tắc tổng hợp bộ lọc. Quy trình thiết kế, mô phỏng bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần
• 1.6. Phương pháp tinh chỉnh, tối ưu bộ lọc hốc cộng hưởng
• 1.6.1. Phương pháp tinh chỉnh bằng lý thuyết về độ trễ nhóm
• 1.6.2. Phương pháp tinh chỉnh dựa vào tham số cực trị điện nạp
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ CẤU TRÚC BỘ LỌC HỐC CỘNG HƯỞNG ĐỒNG TRỤC SIÊU CAO TẦN
• 2.1. Mô hình hóa hốc cộng hưởng
• 2.1.1. Hốc cộng hưởng đơn
• 2.1.2. Ghép giữa hai hốc cộng hưởng
• 2.1.3. Ghép chéo giữa hai hốc cộng hưởng không liền kề
• 2.1.4. Tiếp điện cho bộ lọc hốc cộng hưởng (ghép vào/ra của bộ lọc)
• 2.1.5. Mô hình tương đương của bộ lọc hốc cộng hưởng
• 2.1.6. Mô hình hóa và thiết kế bộ lọc hốc cộng hưởng không khí ứng dụng trong máy thu phát LTE-A sử dụng hai đường ghép chéo kiểu C
• 2.1.6.1. Tổng hợp bộ lọc hốc cộng hưởng LTE
• 2.1.6.2. Thiết kế, mô phỏng và đánh giá
• 2.2. Thiết kế bộ Duplexer có hốc cộng hưởng lục giác ứng dụng trong trạm thu phát gốc LTE-A
• 2.2.1. Phân tích, lựa chọn topo của bộ lọc
• 2.2.2. Phân tích thuộc tính và tính toán kích thước hốc cộng hưởng đơn
• 2.2.3. Mô phỏng bộ lọc LTE-A và duplexer
• 2.2.4. Thiết kế bộ lọc thông thấp đồng trục Band3
• 2.2.5. Chế tạo thử nghiệm bộ Duplexer, đo đạc và đánh giá
• 2.2.5.1. Chế tạo thử nghiệm, kết quả đo đạc
• 2.2.5.2. Đánh giá kết quả và thảo luận
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI TIẾN CẤU TRÚC GHÉP GIỮA HAI HỐC CỘNG HƯỞNG ĐỒNG TRỤC SIÊU CAO TẦN
• 3.1. Nghiên cứu đề xuất cải tiến cấu trúc ghép giữa hai hốc kề nhau
• 3.1.1. Phân tích đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc ghép điện từ
• 3.1.2. Đề xuất cải tiến cấu trúc ghép giữa hai hốc cộng hưởng liền kề
• 3.1.3. Áp dụng trong thiết kế bộ lọc hốc cộng hưởng
• 3.1.4. Đánh giá đề xuất
• 3.2. Nghiên cứu đề xuất cải tiến cấu trúc đường ghép kiểu C
• 3.2.1. Đề xuất cấu trúc ghép cải tiến
• 3.2.2. Áp dụng trong thiết kế bộ lọc hốc cộng hưởng
• 3.2.3. Nhận xét, đánh giá
• 3.3. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: CẢI TIẾN CẤU TRÚC HỐC CỘNG HƯỞNG ĐỒNG TRỤC SIÊU CAO TẦN CÔNG SUẤT LỚN
• 4.1. Phân tích về đặc tính chịu đựng công suất của bộ lọc hốc cộng hưởng siêu cao tần
• 4.1.1. Đặc điểm về khả năng chịu đựng công suất của đường truyền đồng trục
• 4.1.2. Đánh giá yêu cầu về độ chịu đựng công suất trong máy thu phát sóng vô tuyến
• 4.1.3. Phân tích, tính toán thông số về khả năng chịu đựng công suất của bộ lọc (PH)
• 4.2. Tổng quan về các phương pháp thiết kế tăng độ chịu đựng công suất của bộ lọc
• 4.3. Đề xuất cấu trúc cải tiến đặc tính PH của bộ lọc
• 4.3.1. Cấu trúc đề xuất
• 4.3.2. Quy trình thiết kế bộ lọc đạt PH mong muốn
• 4.3.3. Áp dụng cấu trúc đề xuất trong thiết kế bộ lọc hốc eNodeB
• 4.3.4. Áp dụng cấu trúc đề xuất vào thiết kế bộ lọc hốc gNodeB
• 4.4. Kết luận chương 4
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• PHỤ LỤC CÁC PHẦN TỬ TRONG BỘ DUPLEXER CHẾ TẠO THỬ

I. Tổng quan về bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần

Bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần là một thành phần thiết yếu trong các hệ thống viễn thông hiện đại. Chúng có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tín hiệu không mong muốn, chỉ cho phép tín hiệu có tần số mong muốn đi qua. Đặc tính của bộ lọc này bao gồm dải thông, hệ số phản xạ, và độ gợn dải thông. Theo nghiên cứu, các bộ lọc này thường được sử dụng trong các thiết bị như Duplexer và Coupler. Việc thiết kế bộ lọc hốc cộng hưởng cần phải xem xét đến các yếu tố như hình dạng, kích thước và cấu trúc của hốc cộng hưởng. Các mô hình thiết kế khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ lọc, từ đó quyết định tính năng của hệ thống viễn thông.

1.1 Đặc tính của bộ lọc hốc cộng hưởng

Bộ lọc hốc cộng hưởng có nhiều đặc tính quan trọng như dải thông, hệ số phản xạ và độ gợn dải thông. Những đặc tính này quyết định khả năng hoạt động của bộ lọc trong các ứng dụng thực tế. Đặc biệt, dải thông của bộ lọc cần phải được tối ưu hóa để phù hợp với yêu cầu của hệ thống viễn thông. Hệ số phản xạ cũng cần được kiểm soát để đảm bảo tín hiệu không bị suy giảm quá mức. Độ gợn dải thông là một yếu tố quan trọng khác, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu đầu ra. Việc phân tích và tối ưu hóa các đặc tính này là rất cần thiết để nâng cao hiệu suất của bộ lọc.

II. Quy trình thiết kế và mô phỏng bộ lọc hốc cộng hưởng

Quy trình thiết kế bộ lọc hốc cộng hưởng bao gồm nhiều bước từ việc xác định yêu cầu kỹ thuật đến việc mô phỏng và chế tạo. Đầu tiên, cần xác định các thông số kỹ thuật như tần số hoạt động, dải thông và công suất chịu đựng. Sau đó, các mô hình thiết kế sẽ được xây dựng và mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng. Việc mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất của bộ lọc trước khi chế tạo thực tế. Các phương pháp tối ưu hóa cũng được áp dụng để cải thiện các đặc tính của bộ lọc. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo rằng bộ lọc đáp ứng được các tiêu chuẩn cần thiết.

2.1 Phương pháp mô phỏng

Mô phỏng bộ lọc hốc cộng hưởng thường sử dụng các phần mềm chuyên dụng như HFSS hoặc CST. Những phần mềm này cho phép người dùng mô phỏng các đặc tính điện từ của bộ lọc trong môi trường 3D. Quá trình mô phỏng giúp xác định các thông số như hệ số phản xạ, độ gợn dải thông và dải thông của bộ lọc. Kết quả mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quan trọng để điều chỉnh thiết kế trước khi tiến hành chế tạo thực tế. Việc sử dụng mô phỏng không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

III. Ứng dụng của bộ lọc hốc cộng hưởng trong viễn thông

Bộ lọc hốc cộng hưởng đồng trục siêu cao tần có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực viễn thông. Chúng được sử dụng trong các thiết bị như trạm thu phát LTE-A, nơi yêu cầu khả năng lọc tín hiệu cao để đảm bảo chất lượng truyền dẫn. Ngoài ra, bộ lọc này cũng được áp dụng trong các hệ thống chống nhiễu, giúp cải thiện tính năng của máy thu. Việc sử dụng bộ lọc hốc cộng hưởng không chỉ nâng cao hiệu suất của hệ thống mà còn giúp giảm thiểu các vấn đề về nhiễu và quá tải tín hiệu. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thiết kế bộ lọc có thể mang lại những cải tiến đáng kể trong hiệu suất truyền dẫn.

3.1 Tính năng trong hệ thống LTE A

Trong hệ thống LTE-A, bộ lọc hốc cộng hưởng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng tín hiệu. Chúng giúp loại bỏ các tần số không mong muốn, chỉ cho phép tín hiệu chính đi qua. Điều này không chỉ cải thiện độ tin cậy của kết nối mà còn tăng cường khả năng chống nhiễu. Các bộ lọc này cũng được thiết kế để chịu đựng công suất lớn, phù hợp với yêu cầu của các trạm thu phát hiện đại. Việc áp dụng công nghệ bộ lọc hốc cộng hưởng trong LTE-A đã chứng minh được hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông.