Phương pháp tăng độ rộng băng tần ghép giữa hai hốc cộng hưởng

Phương pháp tăng độ rộng băng tần ghép
giữa hai hốc cộng hưởng
Trần Thị Thu Hường1,2, Tô Thị Thảo3 và Nguyễn Trọng Đức4
Viện Điện tử Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện tử, Đại học Kinh tế Kỹ thuật Cơng nghiệp
3
Khoa Cơ bản, Học viện Bưu chính Viễn thơng
4
Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam
Email: , ,
1

2

kết hợp với các điểm 0 của đường truyền để đạt được độ dốc
mong muốn. Một bộ lọc hốc cộng hưởng siêu cao tần có cấu
trúc gồm một số hốc (chính là bậc của bộ lọc) ghép điện trường
và từ trường với nhau bằng các vách kim loại. Kỹ thuật ghép
trường điện từ giữa các hốc cộng hưởng đã được tìm ra và ứng
dụng từ những năm 1970s do nhóm tác giả Atia và Williams
giới thiệu [2]. Sơ đồ ghép các hốc theo hình tam giác hoặc tứ
giác, sự thay đổi thứ tự hốc cộng hưởng, đường ghép nối chính
và nối chéo tạo nên nhiều tơpơ khác nhau. Để tiết kiệm kích
thước và khối lượng của bộ lọc hốc cộng hưởng thì cần tối thiểu
hóa số bậc của bộ lọc nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu về chỉ
tiêu kỹ thuật. Vậy hệ số ghép điện trường và từ trường giữa hai
hốc cộng hưởng cạnh nhau cần tăng lên.
Các cấu trúc ghép điện trường trong các bộ lọc hốc đồng
trục được đưa ra trong các bài báo từ [3-6] được tạo thành bằng
một cửa sổ giữa hai hốc cạnh nhau có ốc điều chỉnh, tùy theo
độ dài của ốc để điều chỉnh độ ghép trường điện từ sao cho thỏa

mãn giá trị hệ số ghép mong muốn. Và trong đó, hệ số ghép
điện từ trường của các bộ lọc Chebyshev không lớn hơn 1.
Trong bài báo [7], tác giả đã đề xuất cấu trúc vật lý ghép giữa
hai hốc cộng hưởng bằng một cửa sổ không phải hình chữ nhật
mà được khoét đáy thành đa giác, độ rộng băng tần ghép giữa
hai hốc đạt 30%.
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp ghép
điện từ trường mới, trong đó, hai hốc cộng hưởng nối trực tiếp
với nhau bằng một đường nối kim loại trực tiếp ở phía đáy của
ống cộng hưởng. Nhờ đó mà tăng được tính chất ghép điện
trường giữa hai hốc cộng hưởng. Chúng tôi sử dụng cấu trúc
này trong việc mô phỏng, thiết kế bộ song công hốc cộng hưởng
băng 7, ứng dụng trong khối RRU của trạm thu phát gốc mạng
LTE – A với độ rộng băng tần thu và phát là 70 MHz.

Abstract— Bài báo này mở rộng các nghiên cứu trước đó của nhóm
tác giả về việc cải thiện các đặc tính của bộ lọc hốc cộng hưởng ứng
dụng trong các trạm thu phát sóng của hệ thống LTE-A. Chúng
tôi đề xuất phương pháp cải thiện độ rộng băng tần ghép giữa hai
hốc cộng hưởng siêu cao tần độc lập. Việc cải thiện đạt được bằng
cách sử dụng một dải kim loại hình chữ nhật đặt tại trung tâm của
cửa sổ nối giữa hai hốc. Nhờ đường kết nối này mà các trường điện
và trường từ của hai hốc cộng hưởng được ghép với nhau tốt hơn.
Nó tác động đến các mốt tần số dao động trong cấu trúc hốc, đồng
thời làm tăng thành phần dẫn nạp tại điểm ghép nối chung. Từ đó
độ rộng băng tần của bộ lọc có thể tùy chỉnh phụ thuộc vào kích
thước chiều dài và chiều cao của dải kim loại. Kết quả mơ phỏng
chỉ ra rằng độ rộng băng tần ghép có thể tăng lên xấp xỉ 3 lần khi
chiều cao của dải kim loại tăng lên 10mm và giữ nguyên chiều dài
15mm, tăng lên 2 lần khi chiều dài đạt giá trị lớn nhất (khi hai ống

cộng hưởng được nối liền) và giữ nguyên độ cao 4mm. Ứng dụng
phương pháp này trong một ví dụ về thiết kế bộ song cơng hốc
cộng hưởng. Mơ hình này được ứng dụng trong điều kiện cửa sổ
vách ngăn giữa hai hốc cộng hưởng có hình chữ nhật.
Keywords- Độ rộng băng tần ghép, ghép điện trường và từ trường,
hốc cộng hưởng siêu cao tần, dải kim loại hình chữ nhật.

I.

GIỚI THIỆU

Trong các khối thu phát vô tuyến (RRU – Radio Remote
Unit) của trạm thu phát gốc trong mạng di động, bộ song cơng
đóng vai trị vơ cùng quan trọng, chỉ cho các thành phần tín hiệu
có tần số mong muốn đi qua và chặn các thành phần tín hiệu có
tần số khơng mong muốn trên cả hướng thu và phát. Vị trí của
bộ song cơng đối với tuyến phát là đứng trước ăng ten và đứng
sau bộ khuếch đại công suất PA, trong tuyến thu thì chúng đứng
ngay sau ăng ten và trước bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Mỗi
bộ song công gồm hai bộ lọc cho tuyến thu và tuyến phát và
được nối với nhau bằng chuyển tiếp hình chữ T. Các bộ lọc lại
bao gồm nhiều hốc cộng hưởng ghép với nhau. Mặc dù công
nghệ hốc cộng hưởng đã phát triển từ rất sớm (từ những năm
1970s) nhưng ngày nay loại bộ lọc này vẫn được ứng dụng rộng
rãi trong các hệ thống thông tin hiện đại ngày nay, đặc biệt là
trong các trạm thu phát sóng di động 2G/3G/4G đều sử dụng.
Do có nhiều ưu điểm như hệ số phẩm chất cao (3500), kích
thước nhỏ, độ rộng băng tần rộng từ 1% đến 66%, tần số hoạt
động từ 30MHz đến 18GHz, công suất chịu đựng được cao [1].
Hơn nữa, trong các hệ thống thơng tin băng hẹp, độ dốc bộ lọc

địi hỏi phải cao, người ta thường dùng loại bộ lọc Chebyshev

Đầu tiên, hốc cộng hưởng và đường ghép giữa hai hốc được
mơ hình hóa, đánh giá sự ảnh hưởng của kích thước vật lý đến
đặc tính của bộ lọc hốc cộng hưởng. Sau đó, phân tích cấu trúc
ghép trường điện và trường từ giữa hai hốc. Từ đó, đề xuất
phương pháp cải tiến cũng như điều khiển được độ rộng băng
tần (CBW) ghép giữa hai hốc cộng hưởng. Cuối cùng là áp dụng
phương pháp này vào việc thiết kế một bộ song công hốc cộng
hưởng siêu cao tần.

178


II.

MƠ HÌNH BỘ LỌC HỐC CỘNG HƯỞNG

L2

Trong thực tế, bộ lọc hốc cộng hưởng cần thiết kế sao cho đảm
bảo các yêu cầu kỹ thuật cho trước về đặc tuyến và kích thước
tối đa. Một số đặc điểm kỹ thuật quan trọng gồm dải tần hoạt
động, độ dốc trong dải chắn, độ suy hao do xen trong dải thông,
độ phẳng của hàm truyền đạt trong dải thơng. Quy trình thiết kế
bộ lọc hốc bao gồm bốn bước cơ bản [8]. Bước một thực hiện
tính tốn bậc của bộ lọc và hàm số xấp xỉ của bộ lọc theo yêu
cầu kỹ thuật. Bước hai tổng hợp ma trận ghép của bộ lọc (ma
trận [M], [K] hoặc mơ hình J chuyển đổi để thực hiện được hàm
xấp xỉ của bộ lọc trên. Bước ba tìm hiểu và lựa chọn kiểu vật lý

của bộ lọc (kiểu ống dẫn sóng, hốc cộng hưởng điện mơi, kiểu
vi dải,…). Bước bốn tính tốn, thiết kế kích thước vật lý của bộ
lọc hốc cộng hưởng.
Cấu trúc một hốc cộng hưởng đơn giống đường cáp đồng trục,
bao gồm hốc hình trịn hoặc đa giác, và ống cộng hưởng kim
loại dẫn điện lý tưởng hình trịn đồng trục với hốc (như hình 1).
Mơ hình hóa mỗi hốc cộng hưởng là các mạch LC (như hình 2).
Trong đó, ống cộng hưởng và ốc điều chỉnh đóng vai trị như
hai bản của tụ điện có lớp điện mơi khơng khí ở giữa, gọi là tụ
Cs. Giá trị của Cs phụ thuộc vào vị trí của ốc điều chỉnh. Ống
cộng hưởng đóng vai trò như thành phần L, một đầu nối đất,
một đầu nối Cs, giá trị phụ thuộc vào chiều dài của ống cộng
hưởng. Như vậy một hốc cộng hưởng giống như một mạch LC
mắc song song nhau. Chiều dài của ống cộng hưởng, độ sâu của
ốc điều chỉnh quyết định đến tần số cộng hưởng ωr khi chưa có
ghép đường truyền tại mode sóng chính.

L1

Cs

Mij

Cs

Hình 2: Mơ hình hóa cấu trúc ghép điện từ trường giữa 2 hốc

Trong bộ lọc hốc cộng hưởng sẽ gồm các hốc ghép điện từ
trường với nhau. Điện từ trường truyền trong hốc dọc theo
đường đồng trục, lưu trữ năng lượng điện trường và từ trường

bên trong hốc. Hai hốc cộng hưởng cạnh nhau có mơ hình như
một cặp đường truyền được ghép với nhau ở phần cửa sổ nối
chung.
(𝐿1 +𝐿2 )𝜔𝑟

1
𝜔𝑟 𝐶𝑠

= 𝑍0 𝑡𝑔 (

2𝜋𝑣𝑝

) = 𝑍0 𝑡𝑔(𝜃1 + 𝜃2 )

Trong đó, vp là vận tốc pha trong khơng khí. Z0 là trở kháng đặc
trưng của đường truyền. θ1, θ2 là chiều dài điện tương ứng của
tần số góc cộng hưởng ωr. H là chiều cao của hốc cộng hưởng,
h là chiều cao của ống cộng hưởng bên trong, d là chiều sâu của
ốc đường truyền.
L2 = h + d – H
(2)
L1 = h – L2
(3)
𝐿 𝜔
𝐿 𝜔
𝜃1 = 1 𝑟 ; 𝜃2 = 2 𝑟
(4)

Ốc điều chỉnh

2𝜋𝑣𝑝

Vách của hốc cộng hưởng

Hình 1: Cấu trúc của một hốc cộng hưởng
Ốc điều chỉnh

Vì hai hốc cộng hưởng được ghép với nhau nên sẽ có ảnh hưởng
qua lại với nhau, dẫn đến cấu trúc này có hai tần số góc cộng
hưởng xê dịch một khoảng xung quanh ωr. Gọi các tần số góc
tương wlẻ, wchẵn (rad/s).

L2

h

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC GHÉP ĐIỆN TRƯỜNG VÀ
TỪ TRƯỜNG

III.

d

L1

2𝜋𝑣𝑝

Các hốc cộng hưởng ghép lại theo kiểu hình học tam giác, tứ
giác kết hợp với việc đảo vị trí thứ tự của các hốc và các đường
ghép nối chéo. Do đó sẽ có rất nhiều kiểu tơpơ khác nhau. Việc

sắp xếp này phụ thuộc vào yêu cầu vật lý của bộ lọc và số đường
ghép nối chéo mà lựa chọn tôpô phù hợp. Bộ công cụ mô phỏng
“CST Filter Designer 3D” đã hỗ trợ đầy đủ thư viện tôpô, tổng
hợp bộ lọc tự động.

Ống cộng hưởng

Ốc đường truyền

(1)

H

𝑍𝑙ẻ .

𝜔
𝜔
𝑗𝑍0 𝑡𝑔(𝜃1 . 𝑙ẻ)+𝑗𝑍𝑙ẻ 𝑡𝑔(𝜃2 𝑙ẻ)
𝜔𝑟

𝜔𝑟

𝜔
𝜔
𝑍𝑙ẻ −𝑍0 𝑡𝑔(𝜃1 . 𝑙ẻ)𝑡𝑔(𝜃2 𝑙ẻ)

𝜔𝑟
𝜔
𝜔
𝑗𝑍0 𝑡𝑔(𝜃1 . 𝑐ℎẵ𝑛)+𝑗𝑍𝑐ℎẵ𝑛 𝑡𝑔(𝜃2 𝑐ℎẵ𝑛)

𝜔𝑟
𝜔𝑟
𝜔
𝜔
𝑐ℎẵ𝑛
𝑍𝑐ℎẵ𝑛 −𝑍0 𝑡𝑔(𝜃1 . 𝑐ℎẵ𝑛)𝑡𝑔(𝜃2 𝑐ℎẵ𝑛)
𝜔𝑟
𝜔𝑟

+

𝜔𝑟

𝑍

.

+

1
𝑗𝜔𝑙ẻ 𝐶𝑠

=0

1
𝑗𝜔𝑐ℎẵ𝑛 𝐶𝑠

=0

(5)

(6)

Zchẵn, Zlẻ là các trở kháng đặc trưng mốt chẵn lẻ tương ứng. Từ
các giá trị ωchẵn, ωlẻ có thể suy ra hệ số ghép M:
𝑀=

179

2
2
𝜔𝑙ẻ
−𝜔𝑐ℎẵ𝑛
2 +𝜔2
𝜔𝑙ẻ
𝑐ℎẵ𝑛

(7)


Các hệ số ghép M được tìm trong bước tổng hợp bộ lọc. Ma
trận ghép của bộ lọc bậc n kiểu chebyshev có dạng trong hình
4 [9]:
S
1
2
3
4
L
S
Mss

Ms1
Ms2
Ms3
Ms4
MsL
1
Ms1
M11
M12
M13
M14
M1L
2
Ms2
M12
M22
M23
M24
M2L
3
Ms3
M13
M23
M33
M34
M3L
4
Ms4
M14
M24

M34
M44
M4L
L
MsL
M1L
M2L
M3L
M4L MLL
(a)
S

1

2

L

4

3

(b)
Hình 3: (a) Ma trận hốc cộng hưởng của bộ lọc bậc 4. (b) Mơ
hình cấu trúc liên kết các hốc cộng hưởng
Hai hốc cộng hưởng ghép năng lượng điện từ trường, đặc trưng
bởi hai hệ số ghép điện MC và ghép trường Mm.
M = M m – M c.
(8)
Hai giá trị này phụ thuộc vào độ dài điện L1 và L2. Nhận xét thấy

M > 0 khi Mm > Mc, ta có ghép điện kiểu từ cảm. M<0 khi Mm <
Mc, ta có ghép điện kiểu tụ điện. Kết quả tổng hợp bộ lọc ln
có các thành phần Mij đại diện cho đường truyền sóng chính có
giá trị dương. Gọi BW là độ rộng băng tần của bộ lọc. CBW giữa
hai hốc cộng hưởng i và j bất kỳ
CBWij = Mij.BW
(9)
Trong đó, Mij là kết quả từ bước tổng hợp bộ lọc. Theo (9), từ
Mij đã tìm được, BW theo yêu cầu cho trước, chúng ta sẽ tìm
được CBWij. Nếu BW cố định, bậc bộ lọc giảm thì Mij tăng, làm
cho CBWij tăng. Việc thiết kế đường nối chính giữa hai hốc phải
thật sự mềm dẻo, dễ điều chỉnh và khoảng điều chỉnh lớn sẽ giúp
tìm được khoảng CBWij mong muốn. Nếu tăng được khoảng
điều chỉnh CBWij thì cũng tăng được khoảng giá trị của BW hay
hoàn toàn làm chủ được việc điều chỉnh BW. Mặt khác, để giảm
bậc của bộ lọc, giá trị Mij phải tăng, nghĩa là băng tần ghép giữa
hai hốc cộng hưởng tăng. Sử dụng phần mềm CST, dựng mơ
hình hai hốc cộng hưởng (như hình 4). CBW giữa hai hốc chính
là khoảng cách giữa hai đỉnh S21 trong miền tần số. Khoảng cách
này thay đổi phụ thuộc vào độ rộng cửa sổ giữa hai hốc cộng
hưởng. Việc thiết kế vật lý địi hỏi phải tìm được chiều sâu d của
ốc điều chỉnh, độ rộng cửa sổ tại vách ghép hai hốc sao cho đạt
được CBW mong muốn, cũng là giá trị Mij mong muốn. Trong
phần sau, chúng tôi sẽ đề xuất cải tiến cấu trúc vật lý sao cho
tăng được CBW giữa hai hốc cộng hưởng.
IV.

việc sử dụng một dải kim loại nối giữa hai hốc cộng hưởng với
nhau nhằm tăng tính chất ghép từ trường (hình 6). Vậy tăng được
giá trị tối đa của CBW.

Gọi a, b tương ứng là độ cao và độ dài của dải kim loại nối hai
hốc, D1 là đường kính của ống cộng hưởng, D2 là đường kính
của hốc cộng hưởng bên ngồi. Khi đó, tạo thành một đường dẫn
từ trường giữa hai ống cộng hưởng. Tăng a hoặc b đều sẽ làm
tăng hệ số ghép. Như vậy, sẽ làm tăng CBW giữa hai hốc. Đánh
giá, kiểm tra ảnh hưởng của kích thước a, b và CBW giữa hai
hốc bằng mơ phỏng trên phần mềm, có đồ thị như hình 7. Trong
đó, các kích thước khác của cửa sổ ghép giữ nguyên. Trường
hợp a, độ cao a tăng từ 0mm lên 10mm và giữ nguyên độ dài b,
CBW tăng lên 3 lần (từ 41.54MHz lên 127.49MHz), hệ số ghép
M tăng lên đến 1.82. Trường hợp b, độ dài tăng lên đến giá trị
lớn nhất – hai ống cộng hưởng nối liền với nhau, giữ nguyên a,
CBW tăng lên xấp xỉ 2 lần (từ 41.076MHz lên 79.306MHz).
Thiết kế mơ hình ghép hai hốc bằng phần mềm thường xuất hiện
những sai số, khó tìm được điểm chính xác kích thước vật lý sao
cho đạt được độ rộng băng tần mong muốn. Do đó, cần phải thực
hiện quét một số mẫu nhất định, sau đó nội suy giá trị theo hàm
số bậc hai để có bảng giá trị vật lý và độ rộng băng tần mong
muốn. Hàm số kích thước theo độ rộng băng tần, có dạng:
y = f(x)= a1x2 + a2x + a3.
(10)
Trong đó, x là giá trị biến CBW, y là kích thước vật lý, a1, a2, a3
là các hệ số cần tìm. Phần tiếp theo trình bày kết quả mơ phỏng
một bộ song cơng có áp dụng phương pháp tăng CBW để đáp
ứng được hệ số ghép cao, mở rộng dải tần.
V.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ÁP DỤNG ĐỀ XUẤT

Áp dụng phương pháp tăng CBW đề xuất trong mục trên vào

việc thiết kế bộ song công, hoạt động trong Band 7 (dải tần TX
2.62 GHz – 2.69 GHz, 2.50 GHz– 2.57 GHz), ứng dụng trong
trạm thu phát sóng 4G. Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu độ rộng băng
tần 70 MHz, độ suy hao tín hiệu < 1.8dB, độ cách ly TX – RX
85 dB, độ phẳng của đặc tuyến trong dải thông < 1 dB.

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CBW ĐIỆN
TỪ TRƯỜNG

⃗ ở chế độ
Trong khi mơ phỏng, phân tích trường điện từ 𝐸⃗ và 𝐻
“Engine mode” trong hình 5 cho thấy từ trường tập trung ở đáy
hốc cộng hưởng vì cường độ lớn nhất, còn điện trường lại tập
trung ở phía trên của hốc. Mặt khác, từ (8) thấy, để tăng hệ số
ghép M thì cần tăng hệ số ghép từ trường Mm. Từ đó, đề xuất

180

Hình 4: Mơ hình mô phỏng CBW


(a)

(a)

(b)
Hình 5: (a) Mơ phỏng điện trường. (b) Mơ phỏng từ trường

(b)
Hình 7: Đánh giá độ rộng băng tần CBW. (a) CBW thay đổi

theo chiều cao. (b) CBW thay đổi theo chiều dài.
Kết quả tổng hợp bộ lọc theo yêu cầu kỹ thuật trên rút gọn có
bậc bằng 8. Sử dụng phương pháp mở rộng băng tần ghép trên
ở 2 đường ghép 1-2, 7-8 (đánh dấu màu đỏ trong hình 8).

D2

2

3

6

7

TX

D1

1

Tiếp giáp
T
1

4

3

5

5

8

7

RX
2

4

6

8

H

Hình 8: Sơ đồ sắp xếp hốc cộng hưởng bộ lọc
h
a

Kích thước hốc D2 = 13.5sin(600) mm, D2 = 5 mm, h = 21.2
mm, H = 35 mm. Để đảm bảo dễ dàng chế tạo hộp cộng hưởng,
chúng tôi chọn giá trị a giống nhau ở các đường nối và bằng 4
mm.
Thực hiện quét kích thước vật lý để xây dựng phương trình xác
định độ sâu của ốc đường nối chính dij so với CBWij theo cơng
thức (10): dij = -0.0104.CBWij2 + 1.9025.CBWij - 76.772 (mm).
Mơ hình 3D bộ song cơng dải tần 2.6 GHz bậc 8 trong hình 9,

trong đó, cổng 1 là cổng đấu chung hai bộ lọc qua tiếp giáp hình
T, cổng 2 là cổng vào của bộ lọc TX, cổng 3 là cổng ra của bộ
lọc RX. Thiết lập mô phỏng trong miền tần số, tối ưu dựa trên
thuật toán “CMA Evolution Strategy”, với yêu cầu S21 > -1 dB
trong dải 2.62 GHz – 2.69 GHz, S31 > -1dB trong dải 2.50 GHz–
2.57 GHz.

b

(a)

(b)
Hình 6: Mơ hình đề xuất tăng hệ số ghép giữa hai hốc cộng
hưởng. (a) là hình chiếu 2D của mơ hình. (b) là mơ hình 3D

181


xen lớn hơn nhưng độ cách ly giữa hai kênh TX và RX đạt được
tốt hơn ( > 120 dB). Chi tiết trong bảng 1.

(a)

Hình 9: Duplexer hồn chỉnh
Kết quả mô phỏng đặc tuyến của bộ song công sau tối ưu trong
hình 10. Đặc điểm bộ song cơng đã đạt được yêu cầu, phối hợp
trở kháng với độ rộng băng tần đạt 70 MHz, độ tổn hao trong
dải thông dưới 0.5 dB, độ cách ly TX-RX 97 dB, độ phẳng trong
dải thơng dưới 1 dB. Kết quả này hồn tồn đáp ứng yêu cầu về
kỹ thuật ban đầu, có khả năng ứng dụng được trong các trạm

thu phát sóng LTE-A hiện nay.

(b)
Hình 11: Kết quả mơ phỏng bộ song cơng bậc 10.
(a) Đặc tuyến truyền đạt. (b) Đặc tuyến cách ly giữa TX-RX
BẢNG 1
KẾT QUẢ SO SÁNH MƠ HÌNH CĨ VÀ KHƠNG SỬ DỤNG
ĐƯỜNG KIM LOẠI
Chỉ tiêu
Bộ song cơng
Bộ song cơng khơng sử
có sử dụng
dụng đường nối kim
đường kim loại
loại
Độ rộng băng tần
70 MHz
70 MHz
Bậc của bộ lọc
8
10
Độ suy hao do xen
0.5 dB
0.73 dB
Độ phẳng
0.42 dB
~2 dB
Độ cách ly TX-RX
> 97 dB
> 120 dB

(a)

So với các đề xuất đã có trên thế giới, độ rộng băng tần ghép
của cấu trúc bộ lọc đã đề xuất có thể đạt được đến 120 MHz
(~170% BW). Do đó phù hợp với các thiết kế có Mij lớn hơn 1.
Hơn nữa mơ hình này cho phép thay đổi độ rộng băng tần ghép
rất mềm dẻo bằng cách thay đổi độ dài bắt đầu từ 0 mm đến
khoảng cách giữa hai ống cộng hưởng.
(b)
VI.

KẾT LUẬN

Trong bài báo này, chúng tôi đã đề xuất phương pháp cải thiện
độ rộng băng tần nối giữa hai hốc cộng hưởng cạnh nhau bằng
cách dùng một đường nối giữa hai ống cộng hưởng. Việc sử
dụng đường nối này sẽ làm tăng độ ghép từ trường. Bậc của bộ
lọc từ đó giảm xuống nhưng vẫn đảm bảo được chỉ tiêu kỹ thuật
yêu cầu đặt ra. Vì khi giảm bậc bộ lọc, hệ số ghép Mij tăng lên,
làm CBWij tăng. Tuy CBWij cũng có thể tăng bằng cách tăng
chiều dài của ốc điều chỉnh đường nối chính, nhưng việc kết hợp
với phương pháp nối hai ống cộng hưởng với nhau sẽ mở rộng
được dải biến đổi CBW, từ đó điều hưởng được độ rộng băng
tần của tồn bộ lọc. Hình dạng của hốc cộng hưởng cịn có thể
thay đổi thành dạng hình lăng trụ trịn, vng, ngũ giác, lục giác
tùy thuộc vào giới hạn vật lý trong các ứng dụng tích hợp trong

(c)
Hình 10: Kết quả mơ phỏng. (a) Đồ thị phối hợp trở kháng.

(b) Đặc tuyến truyền đạt. (c) Đặc tuyến cách ly giữa TX-RX
So sánh với kết quả mô phỏng trên với bộ song công hốc cộng
hưởng cũng được thiết kế với cùng yêu cầu về băng tần (hình
11). Bộ lọc này thiết kế với bậc cao hơn (bậc 10), suy hao do

182


trạm thu phát sóng hoặc là phần tử độc lập. Đường nối giữa hai
hốc có thể nối trực tiếp hoặc không tiếp xúc, thay đổi độ cao tùy
thuộc vào độ lớn của hệ số M yêu cầu.
Tuy nhiên, đối với các bộ lọc kiểu Chebyshev này, nhược điểm
khi giảm bậc bộ lọc là độ dốc của đặc tuyến truyền đạt tại đầu
và cuối băng tần sẽ giảm. Bằng việc thiết kế thêm các đường nối
chéo giữa các hốc cộng hưởng để tạo ra các điểm 0 của đường
truyền sẽ khắc phục được nhược điểm này. Điều đó sẽ làm việc
tối ưu bộ lọc gặp nhiều khó khăn hơn, tăng thời gian tối ưu.
Trong thiết kế này, kết quả đặt tuyến tần số cắt tại 2620-2690
MHz của bộ lọc TX là -120 dB, tại 2500 - 2570 MHz của bộ lọc
RX là -111 dB, độ cách ly đạt 97 dB. Kết quả này đã hoàn toàn
đáp ứng so với yêu cầu theo chuẩn LTE-A.

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
[2]

[3]

, Filter Facts and Types.
Atia, A.E. and Williams, A.E. (1972) Narrow-bandpass waveguide filters.
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-20, 258–
265.
Muhammad Sufian Anwar and Hamid Râz Dhanyal, “Design of S-Band
Combline Coaxial Cavity Bandpass Filter”, IBCAST, Islamabad,
Pakistan, 9th – 13th, Jan.2018.

[9]

183

Andrei Muller, Pablo Soto, Vicente E.Boria, “Design Procedure for
Coaxial Combline Filters based on Segmentation and Space Mapping
Stragies”, 2017 IEEE MTT-S International Conference on Numerical
Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization for RF,
Microwave, and Terahertz Applications (NEMO), 17-19, May 2017.
Hao-Hui Chen, Rong-Chan Hsieh, Yu-Ting Shih, Young-Huang Chou &
Ming-Huei Chen, “Coaxial Combline Filters Using the SteppedImpedance Resonators”, 2010 Asia-Pacific Microwave Conference, 7-10
Dec. 2010.
Mahmoud El Sabbagh, Kawthar A. Zaki, Hui-Wen Yao and Ming Yu,
“Full-Wave Analysis of Coupling Between Combline Resonators and Its

Application to Combline Filters With Canonical Configurations”, IEEE
trans. Vol. 49, no . 12, pp. 2383 – 2393, Dec. 2001.
Frank T. Duong, Bill Engst, Gregory J. Lamont, Chi Wang, “Coupling
Structure for Coupling Cavity Resonators”, Wsou Investments LLC
Lockheed Martin Corp Radio Frequency Systems Inc, sep.1998.
Richard J. Cameron, “Advanced Filter Synthesis”, IEEE microwave
magazine, pp. 41 – 62, Oct. 2011.
Richard J. Cameron, Chandra M. Kudsia, Raafat R. Mansour,
“Microwave Filters for Communication Systems, Fundamentals, Design,
and Applications”, second edition, © 2018 John Wiley & Sons, Inc.