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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2007.tde-28032008-172509
Documento
Autor
Nome completo
Ariana Maria da Conceição Lacorte Caniato Serrano
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Correra, Fátima Salete (Presidente)
Pavão, Augusto Carlos
Pinto, José Kleber da Cunha
Título em português
Projeto de filtros de microondas passa-faixa planares utilizando ressoadores patch dual-mode.
Palavras-chave em português
Dispositivos de microondas
Filtros elétricos
Tecnologia de microondas
Resumo em português
Esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia de projeto de filtros de microondas planares passa-faixa tipo patch dual-mode, que associam baixas perdas nos condutores, boa capacidade de potência, rejeição da banda de segunda harmônica e miniaturização. Utilizou-se a ferramenta computacional MATLAB para desenvolver programas de cálculo de dimensões de ressoadores patch single-mode em função da freqüência fundamental e do substrato escolhido, bem como para cálculo da distribuição de campos eletromagnéticos (EM) ao longo destes ressoadores. O simulador EM 3D Momentum/ADS foi utilizado na análise, otimização e simulação do desempenho dos filtros. A metodologia desenvolvida consiste no projeto do ressoador patch single-mode nas geometrias quadrada, triangular e circular, com perturbações tais que resultem na freqüência central e banda de passagem desejadas para o filtro, bem como na miniaturização do mesmo. A metodologia engloba a análise do posicionamento das linhas de entrada e de saída para excitação dos modos desejados e seu acoplamento ao ressoador projetado. Foram propostos três ressoadores patch com topologias originais, modificados pela inserção de fendas, os quais foram aplicados ao projeto, construção e caracterização de cinco filtros. Desses, dois filtros passa-faixa dual-mode de banda mediana utilizam a nova topologia proposta de ressoador patch quadrado. Esses filtros, com dois e com quatro pólos, operam em 2,4 GHz e 2,35 GHz, com banda de passagem fracional de 14% e 9,8%, respectivamente. Outros dois filtros passa-faixa dual-mode de banda estreita, um com dois pólos e outro com quatro pólos, utilizam a topologia original proposta de ressoador patch triangular, com fenda em forma de "T" invertido. O filtro com dois pólos opera em 7,8 GHz, com banda de passagem fracional de 4,3% e o filtro de quatro pólos, em 7,5 GHz, com banda de 3,5%. Por fim, o filtro passa-faixa circular banda larga utiliza o ressoador patch circular proposto, que foi modificado para operar como triple-mode, comportamento inédito na literatura internacional enfocando ressoadores patch. Esse filtro triple-mode com três pólos apresenta freqüência central de 2,4 GHz e banda fracional de 29%. Os resultados experimentais validam a aplicação da metodologia, que apresenta grande flexibilidade no projeto de filtros com bandas estreitas, medianas ou largas, com boa rejeição na faixa de segunda harmônica (resultados acima de 13 dB). Conseguem-se leiautes miniaturizados com redução em área maior que 50% e ao mesmo tempo sem dimensões críticas, o que resulta em facilidade de fabricação através de métodos tradicionais de fotogravação em placas de circuito impresso.
Título em inglês
Design of microwave planar bandpass filters using dual-mode patch resonators.
Palavras-chave em inglês
Bandpass filter
Dual-mode resonator
Miniaturization
Patch filter
Resumo em inglês
This dissertation presents a methodology for the design of microwave planar bandpass filters using dual-mode patch resonators, which have low conductor loss, high power handling, second harmonic band rejection and miniaturization. MatLab software was used to develop routines that can calculate the dimensions of the single-mode patch resonators as a function of their fundamental frequency and of the chosen substrate. Further, these routines are able to calculate the electromagnetic (EM) field patterns across these resonators. Momentum/ADS EM 3D software was used for the analysis, optimization and simulation of the performance of the filters. The developed methodology consists on the design of the single-mode patch resonator in either square, rounded or triangular shape with perturbations that result in the desired filter's central frequency and bandwidth, and also in its miniaturization. The methodology involves the positioning of the input and output transmission lines to excite the desired modes and their coupling to the developed resonator. Three patch resonators were proposed with novel topologies that were modified by the insertion of slots, and applied to the design, fabrication, and measurements of five filters. Out of these five filters, two are dualmode medium band filters that use the proposed new topology for the square patch resonator. These filters, with two and four poles, are centered at 2.4 GHz and 2.35 GHz, with fractional bandwidth of 14% and 9.8%, respectively. Other two filters are dual-mode narrowband filters, a two-pole and a four-pole, that use the original topology proposed for the triangular patch resonator with a "T"-shaped slot. The two-pole filter is centered at 7.8 GHz with fractional bandwidth of 4.3%, whereas the four-pole filter is centered at 7.5 GHz with 3.5% of bandwidth. The last filter is a broadband circular filter that uses the proposed circular triplemode patch resonator, which is a brand new behavior in the international literature that focus on patch resonators. This triple-mode filter with three poles is centered at 2.4 GHz with fractional bandwidth of 29%. Experimental results validate the methodology, which presents wide filter design flexibility with narrow, medium or broad bands, and good second harmonic rejection (results better than 13 dB). Layouts can be designed with more than 50% of area reduction, and without critical dimensions at the same time, resulting in a simple fabrication that utilizes conventional PCB photopatterning process.
 
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Data de Publicação
2008-04-04
 
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  • SERRANO, Ariana L. C., and CORRERA, Fatima Salete. Dual-mode bandpass filter using triangular patch resonator with inverted T-shaped slot [doi:10.1002/mop.22927]. Microwave and Optical Technology Letters [online], 2007, vol. 49, n. 12, p. 2897-2902.
  • Serrano, Ariana L. C., and Correra, Fatima Salete. Dual-mode bandpass filter using triangular patch resonator with inverted T-shaped slot [doi:10.1002/mop.22927]. Microwave and Optical Technology Letters [online], 2007, vol. 49, p. 2897-2902.
  • SERRANO, A. M. C. L., and CORRERA, F. S. A miniaturized bandpass filter with two transmission zeros using a novel square patch resonator [doi:10.1109/IMOC.2007.4404410]. In IMOC 2007 - International Microwave & Optoelectronics Conference, Salvador, 2007. 2007 SBMO/IEEE MTT-S 2007 - International Microwave & Optoelectronics Conference.Salvador : SBMO/IEEE MTT-S, 2007.
  • SERRANO, Ariana L. C., and CORRERA, Fatima Salete. A miniaturized bandpass filter with two transmission zeros using a novel square patch resonator [doi:10.1109/IMOC.2007.4404410]. In 2007 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference [online], Salvador, Brazil, 2007. Salvador, Brazil : IEEE, 2007. p. 941-945. ISBN 978-1-4244-0660-9.
  • SERRANO, A. M. C. L.. Filtro de microondas passa-faixa planar utilizando ressoador patch circular modificado. Produção Técnica, Patentes e registros, Patente, Filtro para uso em sistemas de comunicação, Universidade de são paulo, Depósito de patente junto ao INPI em 07/10/2008, protocolo n. 018080062170, Fabricação de Aparelhos e Equipamentos de Telecomunicação. Brasil. Privilégio de Inovação 0.804.306.0. .
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