Modern haberleşme sistemleri için çok bandlı ayarlanabilir mikrodalga filtre tasarımı ve iki/üç/dört bandlı band geçiren filtre uygulamaları

Abstract

Since multi band and tunable microwave filters are important in the modern multifunction wireless communication systems, there is a great requirement to multi band tunable bandpass filter designs and applications having independently tunable passbands. In this thesis, several microstrip filter designs are presented especially including multi band tunable microstrip bandpass filters. For this purpose, theoretical methods used in filter design and analyses are investigated with new approaches under the headlines of even-odd mode impedance analyses and coupling matrix synthesis techniques. Based on the proposed theoretical studies, single band tunable microstrip bandpass filter design is firstly realized by using a dual-mode square loop resonator having a varactor diode. Degenerate modes excitation effect required in conventional dual mode resonators is satisfied by the varactor diode located at the symmetry axis of the resonator, hence it can serve as a perturbation element. Thus, the designed filter allows both of tuning bandwidth and changing filtering characteristics of the designed filter can be satisfied by means of only one tuning element. Besides, a novel dual-band bandpass filter design with tunable bandwidths, reconfigurable filtering characteristics and also switchable passbands is achieved by using two nested dual-mode resonators having varactor diodes. Triple and quad band tunable microstrip bandpass filters are also designed with a similar approach. Passbands of the designed filters can be independently switched according to the capacitances of varactor diodes. As well as tunable filters, several bandpass filters including two microstrip bandpass filters, quad-band (can also be used as a triple-band) microstrip bandpass filter and a single wideband microstrip bandpass filter are also introduced in this thesis. All the designed filters have been fabricated for the experimental verification of the proposed models and measured results are in a good agreement with the simulated and theoretical results.

Modern çok fonksiyonlu kablosuz haberleşme sistemlerinde çok bandlı ve ayarlanabilir mikrodalga filtreler önemli olduğundan geçme bandları birbirlerinden bağımsız biçimde ayarlanabilir çok bandlı band geçiren filtre tasarım ve uygulamalarına ihtiyaç doğmuştur. Bu tezde çok bandlı ayarlanabilir mikroşerit band geçiren filtre tasarımları başta olmak üzere çeşitli mikroşerit filtre tasarımları sunulmuştur. Bu bağlamda filtre tasarımlarında ve analizlerinde kullanılabilecek teorik metotlar kuplaj matrisi sentez teknikleri ve çift-tek mod empedans analizleri başlıkları altında yeni yaklaşımlarla ele alınmaktadır. Önerilen teorik çalışmaların ışığında önce varaktör diyota sahip çift modlu kare halka rezonatör kullanılarak tek bandlı ayarlanabilir mikroşerit band geçiren filtre tasarımı gerçekleştirilmiştir. Geleneksel çift modlu rezonatörlerde gerekli olan dejenere modların uyarım etkisi rezonatörün simetri eksenine yerleştirilen varaktör diyot ile sağlanmakta, dolayısıyla varaktör diyot pertürbasyon elemanı gibi davranmaktadır. Tasarlanan filtrenin hem band genişliğinin ayarlanması, hem de filtreleme karakteristiğinin değiştirilebilmesi tek ayarlama elemanı ile sağlanmaktadır. Diğer yandan, band genişliği ayarlanabilir, filtreleme karakteristiği değiştirilebilir ve aynı zamanda geçme bandları anahtarlanabilir yeni bir çift bandlı band geçiren filtre tasarımı varaktör diyotlara sahip iki çift modlu rezonatörün iç içe yerleştirilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Benzer yaklaşımla üç ve dört bandlı ayarlanabilir mikroşerit band geçiren filtre tasarımları da gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan filtrelerin her bir geçme bandı varaktör diyotların kapasitansına bağlı olarak birbirlerinden bağımsız şekilde anahtarlanabilmektedir. Tez kapsamında ayarlanabilir filtrelerin yanı sıra, ayarlanabilir özelliğe sahip olmayan çeşitli band geçiren filtre tasarımları da sunulmuştur. Bu çalışmalar içerisinde iki bandlı mikroşerit band geçiren filtre tasarımı, dört bandlı (arzu edildiğinde üç bandlı olarak da kullanılabilir) mikroşerit band geçiren filtre tasarımı ve tek bandlı geniş bandlı mikroşerit band geçiren filtre tasarımı yer almaktadır. Tasarlanan tüm devreler, önerilen modelin geçerliliğinin ortaya koyulabilmesi için imal edilerek ölçümleri gerçekleştirilmiş, ölçüm sonuçlarının simülasyon ve teorik sonuçlarla oldukça iyi bir uyum içerisinde oldukları gözlenmiştir.