由于无线系统不可避免地高速通信，因此对较高的数据速率，较高频率，较大频谱和更广泛的带宽的需求增加。在处理宽带宽度时，可能必须将多个设备部署到无线通信系统中，以滤除不需要的噪声和干扰信号，提高信号噪声比率并提高灵敏度。单个可调过滤器可以替换这些设备，从而降低系统的尺寸和重量以及多个组件的制造成本。
用压电执行器对可调腔过滤器进行建模
可以使用变量，相位变速器或开关来实现可调设备，并可以调整信号的电抗，相位或路径，并且设备的频率响应是可变的。在这里，可调带通滤波器模型是使用压电执行器设计的，该压电执行器控制设备的电抗并导致过滤器的可变谐振频率。
滤波器设计基于矩形腔滤波器，其共振频率由以下方式给出：
在哪里一种和b是波导孔径和d是波导腔的长度。
腔宽度，高度和长度为一种= 100毫米，b= 50毫米，d分别= 50 mm，为TE101主导模式生成3.354 GHz的共振频率。
在空腔内部，添加并配置了一个金属柱b。当腔体在主要模式下具有谐振剂时，能量限制在腔中心的中心，并且位于中间的间隙的响应变成电容。额外的电容通过保持相同的结构尺寸来降低共振频率，因此设备尺寸也有效地降低。
两条缩短的50-Ω微带线通过集体端口终止，通过腔体顶部的插槽耦合到腔体中。输入匹配（s11）和插入损失（s21）可以通过调整插槽的尺寸和位置来改进。用压电执行器闭合腔顶部的圆形光圈，磁盘的底部表面用一层材料完成，其中电导率足够高，可以具有很小的皮肤深度。
左：带有压电执行器的腔滤波器，形状像圆盘。饲料方案是使用插槽耦合的微带线构建的。右：压电执行器和金属柱之间的间隙大小控制着共振频率。
所有金属零件（例如，腔壁，柱，底物地面平面，微带线和压电设备的底部表面）均设置为完美的电导体（PEC）。锆酸钛酸盐（PZT-5H）用于压电执行器。执行器是z- 极化，主要导致z- 设备的方向挠度。
当在压电执行器上应用正直流偏置时，它会偏向腔的底部。这种挠度使电容更强，并将共振频率低于情况，而没有任何变形。下面的动画以共振频率绘制电场标准。在腔的中心以及柱顶部和压电装置底部之间的缝隙中，观察到了强电场。
通过多物理模拟准确分析RF滤波器
这种类型的设备的常规分析方法是使用金属后几何形状高度的参数扫描（而不是抛物性地旋转压电执行器）来查看过滤器的电容的变化。但是，实际上，金属柱是固定的，并且压电执行器的实际变形在几何上并不均匀。因此，参数扫描不能精确地解决电容的变化。因此，评估的共振频率不准确。
为了描述现实世界现象，必须采用多物理学方法对执行器的弹性变形和产生的电容变化进行建模，该方法结合了高频电磁和压电结构分析。在ComsolMultiphysics®软件中，使用这种方法是无缝且直观的，因为它为您提供了一个单个仿真平台。
在单个仿真平台中的多物理和移动网格设置，以模拟压电执行器的变形。
通过一些物理接口的组合解决了压电执行器的变形：固体力学（坚硬的），静电（ES），以及移动网格（啤酒）接口。当压电设备因正和负直流偏置而变形时，移动网格接口用于重新配置网格电磁波，频域界面，该界面计算微带线和空腔中的波传播和共振行为。
通过更改共振频率，3 GHz周围的电场是Evanescent。为了可视化目的，压电执行器的变形被夸大了。动画中还显示了电场标准的表面图和电场的箭头图。
在整个压电执行器上的电势为+300 V时，观察到了〜90μm的偏转，使间隙较小，并且间隙中的电容更强。因此，共振频率的变化低于0偏置和负偏置下的移位。
可调腔滤波器的S-参数。该模式使用±300 V的直流偏置。
S参数图显示了压电设备偏转对滤波器的共振频率的影响。该示例的可调频率范围约为40 MHz。可以通过压电磁盘尺寸和输入偏置电压的不同选择来调整此范围。
关于模拟现实世界设备的总结想法
这RF模块这是Comsol多物理学的附加产品，可帮助您设计，构建和优化RF，微波炉，毫米波和被动THZ设备。您可以对传统设备进行建模并扩展模型以包括在实验室中不容易测量的其他物理现象，例如对材料特性以及结构变形的热效应。使用相同的模拟环境和工作流程可以有效地模拟您要包含的所有物理学。
下一步
要尝试此博客文章中的教程模型，请单击下面的按钮。单击此按钮将带您到应用程序库，您可以在其中登录comsol访问帐户，然后下载MPH文件。
进一步的资源
- 在此博客文章中了解有关建模RF过滤器的更多信息：加速带通滤波器类型设备的建模的方法
- 查看建模可调的mems电容器的教程
评论（0）