Universidade Federal de Pernambuco Aplicação de Ressoadores Planares do Tipo-H em Duplexadores de Micro-ondas Mestrando: Saulo de Tarso Gonçalves Bezerra Orientador: Marcos Tavares de Melo Programa de Pós-Graduação em Eng. Elétrica 1
Tópicos Motivação Projeto do Duplexador Análise de Estruturas Periódicas Algoritmos Genéticos Resultados Conclusão Trabalhos Futuros 2
Motivação 3
Motivação Sistema de Telecomunicação 4
Motivação Técnicas de Projeto Software de simulação eletromagnética Projeto de Duplexador Teoria de redes de micro-ondas. Modelamento com Algoritmos Genéticos 5
Projeto do Duplexador 6
Circuitos de Microfita Estrutura de Microfita εr = 10,2 h = 1,27 mm tan δ=0,0023 7
Circuitos de Microfita Ressoador do Tipo-H 8
Circuitos de Microfita Duplexador com Ressoador do Tipo-H 9
Análise de Estruturas Periódicas O que são estruturas periódicas? Topologias que possuem um padrão de repetição ao longo de sua estrutura. Em que são aplicadas? Na realização física de vários dispositivos de microondas. 10
Análise de Estruturas Periódicas 11
Análise de Estruturas Periódicas Modelamento do Ressoador do Tipo-H 12
Análise de Estruturas Periódicas Modelamento do Ressoador do Tipo-H 13
Análise de Estruturas Periódicas 14
Análise de Estruturas Periódicas Equação da Rede Periódica onde H, L, wl => f0 15
Análise de Estruturas Periódicas f0 x H (L = 8mm) e (wl = 1,2mm) 6,0 Frequência f0 (GHz) 5,0 4,0 f0 calculado f0 simulado 3,0 2,0 1,0 0,0 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 Altura H (mm) 16
Modelo de Circuito 17
Modelo de Circuito Modelamento com algoritmos genéticos. 18
Algoritmos Genéticos É uma técnica de busca e otimização de funções associadas a determinados problemas. Desenvolvido por John Holland em 1975. Popularizado por David Goldberg a partir de 1989. 19
Algoritmos Genéticos Processos Evolutivos em Biologia Indivíduos (cromossomos) População Seleção natural Sobrevivência dos mais aptos Cruzamento e Reprodução Mutação Evolução da espécie 20
Algoritmos Genéticos F(x) x3 x1 xm x2 x População inicial: x1, x2 e x3 Solução ótima: xm 21
Algoritmos Genéticos Definições Indivíduo 22
Algoritmos Genéticos Modelamento do Circuito Discreto S21 (db) zi Simulação EM Circuito Discreto y i ( x) fi Frequência (GHz) 23
Algoritmos Genéticos Modelamento do Circuito Discreto S21 (db) Simulação EM Circuito Discreto Frequência (GHz) 24
Duplexador e Modelo de Circuito 25
Procedimento de Projeto início 1 2 3 Calcular H e L Usando a equação da Rede periódica Simular o dispositivo no CST Obter gerarospopulação parâmetros S21 aleatória e S31 Rodar geraropopulação AG com os parâmetros aleatória obtidos 4 Obter os valores dos elementos do modelo de circuito discreto 5 Simular o modelo de circuito no Microwave Office 6 fim 26
Resultados 27
Aplicando Algoritmos Genéticos AG's 28
Aplicando Algoritmos Genéticos Resposta em Frequência L1 C1 C4 Parâmetros de Transmissão (db) 0 L4 C5 porta 1 C3 C9 C 10 L9 porta 3 L7 C7 L8-60 -70-80 -90-100 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 C8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 K2-50 3,00 C5 e C10 (pf) C6-40 Frequência (GHz) K1 L6-30 AG's L3 C2-20 1,4 porta 2 L2-10 Gap G (mm) 29
Dimensionamento Projeto de Duplexador para UMTS (3G) downlink (2110-2170 MHz) uplink + downlink 3 1 2 G2 = 1,2mm G1 = 1,3mm H1 = 12,6mm H2 = 14,8mm L1 = 11,1mm uplink (1920-1980 MHz) L2 = 11,1mm 30
Fabricação do Dispositivo Máquina de prototipação de placas de circuito impresso - LabMicro 31
Fabricação do Dispositivo 24mm x 60mm Dispositivo fabricado - LabMicro 32
Medição com Analisador de Redes Montagem com o dispositivo e analisador de rede - LabMicro 33
Resultados de Medição Resposta em Frequência do Duplexador Medição x Modelo de Circuito Uplink - Banda: 1920 a 1980MHz - Perda por inserção: 3dB 0 Parâmetros de Transmissão (db) Downlink - Banda: 2110 a 2170MHz - Perda por inserção: 2,5dB -10 S21 (Medição) S31 (Medição) S21 (Modelo de Circuito) S31 (Modelo de Circuito) -20-30 -40 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Frequência (GHz) 34
Resultados de Medição Resposta em Frequência do Duplexador Medição x Modelo de Circuito Perda de Retorno (db) 0 Downlink - Perda de retorno: -14dB Uplink - Perda de retorno: -7dB -5 S11 (Modelo de Circuito) S11 (Medição) -10-15 -20-25 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Frequência (GHz) 35
Resultados de Medição Resposta em Frequência do Duplexador Isolação Mínima: -22dB Medição x Modelo de Circuito 0-10 -20 Isolação (db) -30 S32 (Modelo de Circuito) S32 (Medição) -40-50 -60-70 -80-90 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Frequência (GHz) 36
Conclusão O duplexador projetado apresenta curvas características compatíveis com as de outros trabalhos científicos. O dispositivo possui dimensões reduzidas, se comparadas às de dispositivos comerciais para a mesma aplicação. O método de projeto apresentou boa concordância com os resultados experimentais. O método permitiu reduzir o tempo de projeto de horas para alguns minutos. 37
Trabalhos Futuros Integração de filtros passivos de micro-ondas com dispositivos ativos para desenvolvimento de filtros ativos de micro-ondas de baixo custo e alto desempenho. Integração de duplexadores com antenas planares para implementação repetidoras passivas para sistemas comunicações móveis indoor. 38
Artigos Publicados: H. A. Cabral, S. T. G. Bezerra, and M. T. de Melo, A Novel Duplexer for UMTS Applications Based on a Cross-Coupled Filter, Microwave and Optical Technology Letters, Vol.52, No.12, pp. 2792-2795, Dec 2010. H. A. Cabral, S. T. G. Bezerra, and M. T. de Melo, A Diplexer for UMTS Applications, SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference, 2009. Submetido: S.T.G Bezerra, H.A. Cabral, and M.T. De Melo, A New Procedure for Developing UMTS Filters Based on Periodic Structures, EuMW/IEEE European Microwave Week, 2011. 39
Perguntas? 40