Koaksiyel hatlarla alçak geçiren filtre tasarımı ve üretimi
Low pass filter design and manufacture with coaxial lines
Yazar: EBRU YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÜÇÜNCÜ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Filtreler = Filters ; Geri dönüş = Repatriation ; Mikroşerit = Microstrip

Özet:
Bu çalışmada, koaksiyel iletim hattı kullanarak alçak geçiren filtre tasarlanmıştır. Filtre tasarımında mikrodalga ve 3 boyutlu elektromanyetik simülatörlerden yararlanılmıştır. Tasarıma 0.05 dB ripple veren 11. Dereceden Chebyshev Alçak Geçiren Filtre prototipi oluşturularak başlanmıştır. Prototip üzerinden toplu elemanlara sahip, kapasitör ve indüktörlerden oluşan filtrenin devresinin tasarımı yapılmıştır. Koaksiyel iletim hatlarına geçişin temeli olan kademeli empedans yöntemi için seçilecek düşük ve yüksek empedanslara karar verilerek üretim için en uygun olacak empedanslar belirlenmiştir. Bu empedanslar kullanılarak kademeli empedans hatlarıyla tasarlanan filtre devresi koaksiyel iletim hatlarının kullanılacağı filtre devresine dönüştürülmüştür. Tasarımı yapılan filtre üretilmiştir. Üretilen filtrenin temel özellikleri RF ölçüm cihazları kullanılarak karakterize edilmiş ve tasarımı yapılan filtrenin özellikleri ile mukayese yapılmıştır. Tasarlanan filtre ile üretilen filtrenin frekans cevaplarının birbirine çok yakın olduğu gösterilmiştir. Bu makalede, koaksiyel iletim hatları kullanılarak iletimin sağlanacağı, kesim frekansı 6 GHz olan bir alçak geçiren filtre tasarımı ve üretimi ele alınmaktadır. Filtrenin geçiş bandında geçirme kaybının olabildiğince az olması öngörülmüştür. Geri dönüş kaybının 20 dB'nin altında tutulması beklenirken, durdurma bandında 9 GHz'de 50 dB seviyelerinde keskin bir bastırma yapılması hedeflenmiştir. Alçak geçiren filtre devresinde koaksiyel iletim hatları aralarında yalıtkan malzeme bulunan, iç içe geçmiş iletkenlerden oluşmaktadır. Yalıtkan malzeme iletim hatlarının yüksek empedans bölümlerinde hava olarak seçilmişken, düşük empedans bölümlerinde PTFE (Politetrafloroetilen) yani yalıtkanlık sabiti 2.1 olan Teflon malzemedir.

Abstract:
In this study, a low-pass filter is designed by using a coaxial transmission line. Microwave and 3D electromagnetic simulators were used in the filter design. The design was started by establishing an 11th Order Chebyshev Low-Pass Filter prototype giving 0.05 dB ripple. Based on this prototype, a filter circuit consisting of capacitors and inductors as lumped elements was designed. The low and high impedances to be selected for the stepped impedance method, which is the basis of the transition to coaxial transmission lines, have been decided and the most suitable impedances for manufacturing was determined. Using these impedances, the filter circuit designed with stepped impedance lines was transformed into the filter circuit where coaxial transmission lines will be used. The designed filter has been manufactured . The basic properties of the produced filter were characterized using RF measuring devices and compared with the properties of the designed filter. It has been shown that the frequency responses of the designed filter and the produced filter are very close to each other. In this article, the design and manufacture of a low-pass filter with a cutoff frequency of 6 GHz, which will be transmitted using coaxial transmission lines, is discussed. It is foreseen that the pass loss of the filter should be as low as possible in the passband. While the return loss is expected to be kept below 20 dB, a sharp suppression of 50 dB at 9 GHz in the stop band is targeted. Coaxial transmission lines in the low-pass filter circuit consist of interconnected conductors with an insulating material between them. While the insulating material is selected as air in the high impedance sections of the transmission lines, it is PTFE (Polytetrafluoroethylene) in the low impedance sections, that is, the Teflon material with an insulating constant of 2.1.