Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần băng C tính năng cao sử dụng công nghệ SIW ứng dụng cho đài ra đa thụ động SDD

hép giữa 
SIW với các cổng đầu vào và cổng đầu ra. Vì UC-EBG, DGS và CPW có thể tích hợp 
được hoàn toàn với SIW nên những cấu trúc này sẽ là ứng viên lý tưởng cho việc thiết kế 
bộ lọc băng rộng rất nhỏ gọn. Bộ lọc kiểu cấu trúc CPW-SIW này chủ yếu dựa trên các 
cấu trúc có chu kỳ nên việc tổng hợp bộ lọc được đơn giản hóa rất nhiều, hiệu suất và độ 
chọn lọc tốt hơn và thực hiện đơn giản chỉ bằng cách tăng thêm ô [6]. Do tính chất của cấu 
trúc SIW là có hệ số Q cao và cấu trúc CPW tuần hoàn có đặc điểm là tổn hao chèn thấp 
nên trong các thiết kế và mô phỏng bộ lọc thông dải băng C lựa chọn cấu trúc SIW-CPW 
như minh họa trên hình 2. 
2.2. Thiết kế bộ lọc thông dải SCT băng C SIW-CPW tính năng cao 
Việc xây dựng các tham số bộ lọc thông dải SCT băng C SIW-CPW tính năng cao dựa 
trên việc tham chiếu các tham số của bộ lọc thông dải nằm trong máy thu của đài ra đa thụ 
động SDD. 
Trong máy thu của đài ra đa thụ động SDD có rất nhiều bộ lọc thông dải SCT khác 
nhau, các bộ lọc này đảm bảo chức năng tách hoặc loại bỏ các tần số ở dải tần mong muốn 
trên một dải, chúng có vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng thu tín 
hiệu nhằm đáp ứng các chức năng chiến - kỹ thuật của toàn bộ hệ thống. Bộ lọc thông dải 
băng C nằm trong các khối DPX, KKX2, [7] 
Hình 3 trình bày vị trí cụ thể của 1 bộ lọc thông dải băng C trong khối KKX2 của máy 
thu đài ra đa thụ động SDD. 
Hình 3. Sơ đồ khối KKX2 (Phần in đậm là bộ lọc thông dải băng C). 
Bài toán thiết kế bộ lọc thông dải SCT băng C dựa trên cấu trúc CPW-SIW được thực 
hiện với các tham số kỹ thuật theo bảng 1. 
Bảng 1. Yêu cầu kỹ thuật đối với bộ lọc SCT băng C SIW-CPW. 
TT Tham số kỹ thuật Đơn vị đo Cần đạt 
1 Dải tần làm việc MHz 4000  8000 
2 Suy hao trong dải dB  3 
3 Độ chắn ngoài dải (@f0 ± 1,5f) dB ≥ 30 
4 Độ nhấp nhô trong dải dB  1 
5 Dải thông (mức -3 dB) MHz 4000 ± 100 
6 Tổn hao phản hồi ≥ 10 
Các bước tính toán, thiết kế bộ lọc thông dải SCT băng C tính năng cao sử dụng cấu 
trúc SIW-CPW [1], [8], [9]: 
Bước 1: Chọn tần số trung tâm f0: f0 = 6 GHz; 
Bước 2: Chọn kích thước ống sóng: (34,85 x 15,8) mm; 
Bước 3: Tính bước sóng trong không gian tự do 0: 0 = c/f0  50 mm; 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 175
Bước 4: Chọn loại chất nền sẽ sử dụng để thiết kế: Rogger 5880 có hằng số điện môi εr = 
2.2, độ dày chất nền h = 0.762 mm, độ dày lớp đồng t = 0.017 mm; 
Bước 5: Tính chiều rộng Weff của ống dẫn sóng kim loại lấp đầy điện môi εr theo công thức 
với Wcon = 35 mm (Wcon là kích thước của ODS kim loại thông thường): 
Weff = Wcon/√εr = 35/√2.2  23.6 mm; 
Bước 6: Chọn đường kính và khoảng cách giữa các lỗ: Trong thiết kế này ta chọn d = 0.4 
mm và s = 0.8 mm để đảm bảo các yêu cầu về chống rò rỉ bức xạ; 
Bước 7: Tính kích thước SIW theo công thức: 
2
0.95
effSIW
d
W
sW
  = 23.8 mm; 
Bước 8: Chọn khoảng cách giữa các ô theo công thức: 0.2
cell SIWWD  nên ta chọn 
Dcell = 4.5 mm; 
Bộ lọc SIW-CPW được thiết kế gồm 11 ô như trên hình 4. Bảng 2 liệt kê các tham số 
hình học cho bộ lọc SIW-CPW 11 ô trên cơ sở lý thuyết. 
Hình 4. Sơ đồ cấu trúc thiết kế bộ lọc SIW-CPW băng C. 
Bảng 2. Giá trị của các tham số đã được tính toán cho bộ lọc SIW-CPW. 
TT Tham số Giá trị TT Tham số Giá trị TT Tham số Giá trị 
1 WSIW (mm) 23.8 6 Ecl (mm) 1.5 11 H (mm) 0.762 
2 d (mm) 0.4 7 Egap (mm) 0.25 12 Eltl (mm) 0.8 
3 s (mm) 0.8 8 Esl (mm) 0.65 13 Esw (mm) 0.8 
4 ECW (mm) 12 9 Dcell (mm) 4.5 14 Eltw (mm) 0.6 
5 Estl (mm) 1.25 10 W50 (mm) 1.8 15 Estw (mm) 0.25 
Dựa trên bảng tham số đã được tính toán theo lý thuyết, tiến hành mô phỏng bộ lọc 
SIW-CPW trên phần mềm CST [10]. Trong quá trình mô phỏng đã điều chỉnh các tham số 
để kết quả mô phỏng là tối ưu nhất. Bảng 3 liệt kê các tham số sau khi đã tiến hành mô 
phỏng và điều chỉnh để cho kết quả tối ưu nhất. 
Bảng 3. Giá trị của các tham số đã được tối ưu trên phần mềm CST. 
TT Tham số Giá trị TT Tham số Giá trị TT Tham số Giá trị 
1 WSIW (mm) 25 6 Ecl (mm) 2 11 H (mm) 0.762 
2 d (mm) 0.4 7 Egap (mm) 0.25 12 Eltl (mm) 0.9 
3 s (mm) 0.8 8 Esl (mm) 0.65 13 Esw (mm) 0.85 
4 ECW (mm) 14 9 Dcell (mm) 4.5 14 Eltw (mm) 0.5 
5 Estl (mm) 1.25 10 W50 (mm) 1.8 15 Estw (mm) 0.25 
3. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 
3.1. Các kết quả mô phỏng bộ lọc SIW-CPW băng C trên phần mềm CST 
Các kết quả mô phỏng tổn hao trong dải, độ chắn ngoài dải và tổn hao phản hồi của bộ 
lọc thông dải SCT băng C SIW-CPW được thể hiện trên hình 5. 
Kỹ thuật Điện tử – Thông tin 
 T. T. Trâm, , V. V. Phúc, “Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần  ra đa thụ động SDD.” 176
(a) 
(b) 
Hình 5. (a) Tổn hao trong dải và độ chắn ngoài dải, (b) Tổn hao phản hồi. 
3.2. Các kết quả thực nghiệm với bộ lọc thông dải SCT băng C SIW-CPW 
Hình 6 trình bày ảnh chụp bộ lọc thông dải băng C SIW-CPW đã thiết kế chế tạo. 
Hình 6. Ảnh chụp bộ lọc đã thiết kế chế tạo và kết nối vào khối KKX2 
của máy thu đài ra đa thụ động SDD. 
Các kết quả đo thực tế tổn hao trong dải và độ chắn ngoài dải của bộ lọc thông sải SCT 
băng C SIW-CPW được thể hiện trên hình 7. So sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo thực 
tế đặc tuyến của bộ lọc như trên hình 8. 
(a) (b) 
Hình 7. (a) Suy hao trong dải và độ chắn ngoài dải, (b) Tổn hao phản hồi. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 177
Hình 8. So sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo thực tế đặc tuyến của bộ lọc: 
1 - Kết quả mô phỏng, 2- Kết quả đo thực tế. 
Bảng 4. Bảng so sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo thực tế bộ lọc. 
TT Tham số kỹ thuật 
Đơn vị 
đo 
Yêu cầu Kết quả 
mô phỏng 
KQ đo 
thực tế 
1 Dải tần làm việc MHz 
4000  
8000 
3900  
8500 
4000  
8000 
2 Tổn hao trong dải dB  3  2,6  2,6 
3 
Độ chắn ngoài dải dải 
(@f0 ± 1,5f) 
dB ≥ 30 ≥ 35 ≥ 40 
4 Độ nhấp nhô trong dải dB  1  1  1 
5 Dải thông mức -3 dB MHz 4000 ± 100 4600 4000 
6 Tổn hao phản hồi dB ≥ 10 ≥ 10 ≥ 10 
Các tham số đo được đáp ứng yêu cầu đặt ra khi thiết kế. Từ kết quả mô phỏng và đo 
thực tế thấy rằng: Giữa kết quả mô phỏng và thực tế có sự sai khác về dải thông. Do đó, 
khi thiết kế thực tế chúng ta phải điều chỉnh và có tính toán đến sai số về dải thông giữa 
mô phỏng và thực tế để tạo ra được bộ lọc có kết quả như mong muốn. 
4. KẾT LUẬN 
Bộ lọc thông dải ứng dụng công nghệ CPW-SIW ở dải tần băng C đã được thiết kế, chế 
tạo và đưa vào sử dụng trong thực tế. Bộ lọc đạt được các tham số vượt trội về suy hao 
trong dải và độ chắn ngoài dải so với các bộ lọc siêu cao tần băng C thông thường. So sánh 
kết quả mô phỏng và kết quả đo kiểm thực tế cho thấy sự tương đồng của các tham số. Các 
tham số đo kiểm của bộ lọc đáp ứng yêu cầu đặt ra của các bộ lọc băng C trong máy thu 
đài ra đa thụ động SDD. Sản phẩm nghiên cứu có được ứng dụng trong máy thu của đài ra 
đa thụ động SDD. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. D. Deslandes and K. Wu, “Accurate Modeling, Wave Mechanisms, and Design 
Considerations of a Substrate Integrated Waveguide”, IEEE Trans. Microwave 
Theory & Tech ., VOL. 54, NO 6, pp. 2516-2526, JUN. 2006; 
Kỹ thuật Điện tử – Thông tin 
 T. T. Trâm, , V. V. Phúc, “Thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần  ra đa thụ động SDD.” 178
[2]. F. R. Yang, K. P. Ma, Y. X. Qian, and T. Itoh, “A uniplanar compact 
photonic-bandgap (UC-PBG) structure and its applications for microwave circuits,” 
IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 47, no. 8,pp.1509–1514, Aug. 1999; 
[3]. Y. Rong, A. Zaki, J. Gipprich, M. Hageman, and D. Stevens, “LTCC wide-band 
ridge-waveguide bandpass filters,” IEEE rans. icrow. Theory Tech., vol. 47, no. 9, 
pp. 1836–1840, Sep. 1999; 
[4]. J. Sor, Y. Qian, and T. Itoh, “Miniature low-loss CPW periodic structures for filter 
applications,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 49, no. 12, pp. 2336–2341, Dec. 
2001; 
[5]. J. Gipprich, D. Stevens, M. Hageman, A. Piloto, K. A. Zaki, and Y. Rong, 
“Embedded waveguide filters for microwave and wireless applications using cofired 
ceramic technologies,” in Proc. Int. Microelectron. Symp., San Diego, CA, Nov. 
1998, pp. 23–26; 
[6]. F. R. Yang, K. P. Ma, Y. X. Qian, and T. Itoh, “A novel TEM waveguide 
using uniplanar compact photonic-bandgap (UC-PBG) structure,” IEEE 
Trans. Microw. Theory Tech., vol. 47, no. 11, pp. 2092–2098, Nov. 1999; 
[7]. Tài liệu thuyết minh kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng ra đa SDD; 
[8]. T. V. Duong, W. Hong, Z. C. Hao, W. C. Huang, J. X. Zhuang, and M. H. Nguyen, “A 
new class of selectivity-improved mm-waves dual-mode substrate integrated waveguide 
filters,” in Proc. Asia–Pacific Microw. Conf., vol. 1. Dec. 2015, pp. 398–40; 
[9]. “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ống dẫn sóng tích hợp vật liệu nền trong thiết kế 
các hệ thống siêu cao tần”/ Hội thảo quốc gia 2017 về Điện tử, truyền thông và 
công nghệ thông tin (REV-ECIT 2017); 
[10]. Hướng dẫn sử dụng phần mềm CST Microwave Studio Suite 2015. 
 ABSTRACT 
DESIGN AND FABRICATION HIGH-PERFORMANCE C BAND FILTER 
USING SUBSTRATED INTERGRATED WAVEGUI TECHNICAL 
APPLY IN MODULES OF RADAR PASIVE SDD’RECEIVER 
The filter closing role of the important in the radar systems. So this paper 
propose a solution to design and fabrication of high-performance C-band 
microwave filters using SIW technology. By drilling two rows of vertical holes on 
the two sides of the flat wave conductor surface in conjunction with selecting the 
appropriate structure to create a good selection of SIW-CPW filters. In this study, 
we implemented the high-performance C-band SIW-CPW filter with wide 
bandwidths, low insertion loss and superior features beyond out of bandwidth. This 
filter will apply in modules of radar passive SDD’s receiver. 
Keywords: Bộ lọc; Siêu cao tần; Ống dẫn sóng; SIW; băng C. 
Nhận bài ngày 01 tháng 7 năm 2018 
Hoàn thiện ngày 10 tháng 9 năm 2018 
Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 9 năm 2018 
Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KHCNQS. 
 * Email: tramhtvrd@gmail.com.