Ayarlanabilir RF/mikrodalga filtre
Tunable RF/microwave filter
Yazar: YARKIN YİĞİT
Danışman: PROF. DR. ERDEM YAZGAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektriksel olarak kontrol edilen değişken kapasiteler
kullanılarak 1 GHz altındaki frekans bantlarında bant geçiren toplu devre
mimarileri ile tasarımlar yapılmış ve baskı devre kartları oluşturulmuştur. UHFVHF
bandında kullanılan alma-gönderme birimlerinde (taşınabilir radyo,
kavramsal radyo gibi) bant genişliğinin dar olması, alıcının seçiciliğini artırarak
gürültüyü ve parazit sinyallerini azaltır. Bu sebeple geçiş bandı genişliği
minumum seviyelerde tutulur. Yapılan bu tez çalışmasında değişken kapasite
olarak varaktör diyot ve BST (Barium Strontium Titanate) kapasitörler
kullanılmıştır. BST kapasitörlerin tarama hızının mikrosaniyeler mertebesinde
olması, kart üzerinde küçük alanlar kaplaması, kolay uygulanabilir olmasından
bu çalışmada tercih edilmiştir. Pazarda yaygın olan varaktör diyot yapıları ile
teknolojisi henüz yaygınlaşmamış olan BST kapasitörleri kıyaslamak da bu
çalışmanın diğer bir yönü olmuştur.
Filtre mimarilerinin simülasyon ortamında analizlerinin yapılması için, değişken
kapasitansların S parametre verilerini elde etmek gerekmiştir. Bu sebeple baskı
devre kartları tasarlanmıştır. Birçok varaktör diyot ve BST kapasitörün değerleri
elde edilerek S parametre kütüphanesi oluşturulmuştur. Farklı topolojiler ile
yapılan sümülasyonlar sonucunda uygun filtre mimarilerin Altium Designer
üzerinde baskı devre kartı çizimleri yapılarak, kartların üretimi yapılmıştır. Üretilen
kartların VNA ile testleri yapılarak üretim sonrası ince ayar işlemleri
tamamlanmıştır.
Ayarlanabilir filtre performanslarını incelemek ve bu teknolojileri karşılaştırmak
için, GaAs varaktör diyot ve ferroelektrik kapasitörler aynı filtre topolojisi üzerinde
kullanılmıştır. Tasarlanan kartlardaki değişken kapasitelerin kontrolünün daha
kolay, verimli yapılabilmesi ve filtre karakteristliği değiştirilmek istendiğinde
filterinin kullanıldığı birim bütünlüğünün (söküm,takım işlemleri) bozulmaması
(EMI-EMC uyumluluğu) için dijital analog dönüştürücüler kullanılmıştır.

Abstract:
In this thesis, electrically controlled tunable capacitors were used lumped tunable
bandpass filters under 1 GHz were designed and implemented.
Narrowband VUHF and UHF transmitter and receiver units (used in portable
radios, cognitive radio etc.), increase the sensitivity and also decrease the noise
(harmonics) and spurious signals. Hence, the passband of receiver must be
narrow. Varactor diodes and BST capacitors were used as tunable capacitors in
this work. BST capacitors have high speed (microseconds) tuning, occupy a
small area on PCB and can be integrated easily. So this techonolgy was used for
this work. Also another aspect of this work is to show the difference between
varactor diodes (common in market) and BST capacitors (not common in
market).
S parameters of variable capacitances were derived in order to analyse filter
architectures with simulation tools. To obtain S parameter data an evaluation
board was designed and produced. Data for various varactor diodes and BST
capacitors were collected by this board and S parameter data library was built.
After different filter design topologies had been analyzed, the proper PCB
designs were created on Altium Designer and then they were fabricated. Boards
which were fabricated, were tested with VNA (Vector Network Analyzer) and then
fine tuning process was completed.
In order to compare the output results of tunable filter performances GaAs
varactor diodes and ferroelectric capacitors were integrated using the same filter
topology. In this work, Digital to Analog Converters (DAC) were used in to control
variable capacitors easily, efficently. Since their shields are not opened to change
unit characteristic, using DAC also provided the integrity of the unit from EMI and
EMC points of view.