Süleyman Demirel Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

1. ISM Bandında Çalışan Alıcı-Verici Sistem İçin Band Geçiren Filtre Tasarımı Süleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Adnan KAYAHABTEKUS’08

2. Çalışmanın Amacı • Empedans bant genişliğini arttırmak, kazancı iyileştirmek ve geri dönüş kaybını azaltmak için yeni devre eleman modelleri araştırmak. • Yeni BGF filtre modelleri geliştirmek. • Aktif filtreler için referans yapıları belirlemek. • Gerekli geliştirme çalışması sonucunda ses ve görüntünün, düşük maliyetli, basit, iletişim kalitesi yüksek, düşük güçlü, gelişmekte olan yeni sistemleri de destekleyebilecek özellikleri arttırılmış alıcı-verici sistem için gereken filtreleri tasarlamak.

3. I. Giriş • Son yıllarda daha hızlı veri transferi yapmak amacı ile birçok modülasyon tipi geliştirilmiş ve değişik kablolu/kablosuz protokoller oluşturulmuştur. • Kablosuz sistemler, özellikle kısa mesafe veri iletişim sistemleri içerisinde, en az kablolu olanlar kadar hızlı ve güvenilir olmaktadırlar. • Kısa mesafe, hızlı veri alışverişine uygun kablosuz haberleşme protokolü olan IEEE 802.11b/g, 2.4–2.5 GHz bandında çalışmakta ve geniş bir kullanım alanına sahip olmaktadır.

4. Kablosuz ve Lisanssız ISM Spektrumu

5. RF alıcı-verici sistemde; sinyalleri yeterli bir frekansa dönüştürmek için karıştırıcı/sentezleyici, istenmeyen sinyal bileşenlerini kaldırmak için filtre ve sinyalleri yeterli bir seviyeye dönüştürmek için yükselteç elemanları kullanılır. • Özellikle sistemin performansında filtre seçimi önemli bir yere sahiptir

6. 2.4GHz Alıcı-Verici Blok Şeması • Karıştırıcı/sentezleyici;sinyalleri yeterli bir frekansa dönüştürmek, • Filtre; istenmeyen sinyal bileşenlerini kaldırmak, • Yükselteç; elemanları ise sinyalleri yeterli bir seviyeye dönüştürmek için kullanılır.

7. Sistemdeki BPF Frekansları RF ön uç yapıda çift frekans dönüşüm stratejisi çalışılmıştır. 2.4 GHz-2.47 GHz ; 1. IF --- 280 MHz 2. IF --- 55 MHz TDD (Time Division Duplexing) metodu T/R anahtarı ile kontrol edilerek RF ön uç modülü içerine uygulanmıştır. Bu nedenle, 2.4 GHz mikroşerit BGF,55 MHz ve 280 MHz Lump elemanlarla bant geçiren filtre analizi ve tasarımı yapılmıştır.

8. Performans & Özellikler Bir Front End (ön uç) sistemin performans etkileri aşağıdaki parametreler ile karakterize edilebilir; • Doğrusallık (IP2/IP3/P1dB/ACPR/EVM) • Duyarlılık (NF) • Seçicilik (ACR/ALR/Reciprocal Mixing) • Kazanç (Gp/Gv/Gt/Ga) • Güç tüketimi (Active/stdby/efficiency) • Maliyet (die area, ext. components) • Boyut (ext components, paket)

9. II. Bant Geçiren Filtre Devre Tipleri • End-Coupled, Half-Wavelength Resonator Filtreler • Parallel-Coupled, Half-Wavelength Resonator Filtreler • Hairpin-Line Band geçiren Filtreler • Interdigital Band geçiren Filtreler • Combline Filtreler • Pseudocombline Filtreler • Stub Band geçiren Filtreler • Dual-mode microstrip bandpass filters based on meander structure • Aktif band geçiren filtreler

10. Çeyrek dalga (kısa devre) BGF 5 kutuplu harpin BGF 5 kutuplu Interdigital BGF ComblineBGF Dual mod mikroşerit BGF

11. Aktif Filtreler

12. Tasarım Programı RF devre tasarım ve simülasyonu için endüstride çeşitli yazılım paketleri bulunmaktadır. Moment metodunu kullanan Applied Wave Research’s Microwave Office programı, tasarım prosesinde daha fazla esneklik sağladığı için seçildi.

13. Filtre seçiminde çalışma özellikleri (gerilim, akım ve sıcaklık), güvenilirlik (maksimum sızıntı akımı, rutubet sınırları, aşırı yük akımı), elektriksel özellikler (yüksek gerilim karakteristikleri, yalıtma direnci,R.L., I.L, N.F. v.b.) ve mekanik özellikler (boyutlar, montaj sorunları) en önemli seçim parametreleridir. Alt Taban Malzeme Özellikleri

14. Giriş çıkış arasına seri bağlanan LC elemanları band geçirirken, paralel LC elemanları band söndüren karakteristiğe sahiptirler. Filtrelerin şekildeki davranışları ideal durumu yansıtmakta. Eğimi fazla olan filtrelerin derecesi daha yüksektir ve ideale daha yakındır. Tasarım Aşaması

15. Giriş çıkış arasına seri bağlanan LC elemanları band geçirirken, paralel LC elemanları band söndüren karakteristiğe sahiptirler. Filtrelerin şekildeki davranışları ideal durumu yansıtmakta. Eğimi fazla olan filtrelerin derecesi daha yüksektir ve ideale daha yakındır. Tasarım Aşaması

16. 2.4 GHz Mikroşerit Filtre Tasarımı 2.4 GHz Mikroşerit Filtre S-parametreleri

17. 55 MHz Band Geçiren Filtre Tasarımı 55 MHz Band Geçiren Filtre S-parametreleri

18. 280 MHz Band Geçiren Filtre Tasarımı 280 MHz Band Geçiren Filtre S-parametreleri

19. 2.4 GHz alıcı modunda sistem performansı –pi/4 DQPSK (-12.7 dBm) sayısal modülasyon ALICI PERFORMANSI

20. IV. Sonuçlar • Bu çalışmada, 2.4 GHz mikroşerit anten, 55 MHz ve 280 MHz band geçiren filtre tasarımı ve simülasyonu yapılmıştır. • Tasarlanan filtrenin performans parametreleri Microwave Office Simülasyon programı kullanılarak değerlendirilmiştir. 55 MHz’de -65 dB, 280 MHz’de ise -22 dB geri dönüş kaybı elde edilmiştir. • Simülasyon sonuçları, tasarlanan Filtre devrelerinin 802.11b/g standartları ile uyumlu alıcı-verici sistemlerde etkili olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

21. TEŞEKKÜR

22. KAYNAKLAR • Esame, O., Kaynak, M., Kavlak, C., Bozkurt, A., Tekin, I., Gürbüz, Y., “IEEE 802.11a Standard Uyumlu, RF Alıcı-Verici Alt-Blok Devrelerinin Gerçeklenmesi, URSİ, Hacettepe Üniversitesi, 2006. • Sevgi, L., “EMC ve Korunma yöntemleri: Filtreler” Endüstri&Otomasyon Dergisi, 2004. • Chung, M.S., Kim, I.S., And Yun S.W., 2007. Design of an RF Low-Noise Bandpass Filter Using Active Device Reduction Technique, IEEE Microwave and Wireless Comp. Letters, 17, 196-198. • Lee, J. R., Chun, Y. H., And Yun, S. W., 2005. A Novel Bandpass Filter Using Active Capacitance, In IEEE MTT-S Int. Dig., Jun. 3 1747–1750. • Pozar, D. M., 1998. Microwave Engineering, John Wiley & Wiley.