دانلود پایان نامه ارشد درباره:کاربرد فیلترهای SAW در مخابرات موبایل و ماهواره

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی برق

گرایش :مخابرات

عنوان : کاربرد فیلترهای SAW در مخابرات موبایل و ماهواره

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“

مهندسی برق مخابرات (گرایش میدان و امواج)

عنوان :

کاربرد فیلترهای SAW در مخابرات موبایل و ماهواره

استاد راهنما :

دکتر فرخ حجت کاشانی

بهمن 1384


(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

فهرست مطالب
 

چکیده. 1
فصل اول: آشنایی با فیلتر SAW  
1-1مقدمه 4
2-1 پدیده . piezoelectricity 7
3-1 انواع دستگاه های . SAW 10
4 -1انتخاب مواد زیر لایه. 12
5-1فیلتر SAW چگونه کار می کند. 14
فصل دوم: دستگاه های SAW و کاربردشان در ارتباطات بی سیم  
خلاصه. 17
1-2مقدمه 21
2-2 تکنولوژی، طراحی و تکنیک های شبیه سازی 22
3-2ساخت فیلتر . SAW 30
4-2 مشخصات دستگاه های SAW 32
5-2 مجتمع سازی. 35
نتیجه. 38

 
فصل سوم : استفاده سیستم های جدید از فیلترهای RF SAW پیشرفته
 

1-3 مقدمه . 40
2-3 طبقه بندی سیستم های ارتباطی. 43
3-3 ساختار سیستم .RF 46

 

4-3 تکنیک های . RF SAW 53
5-3 تلفن بی سیم. 58
6-3 تلفن سلولی 66
نتیجه. 73

 
فصل چهارم: فیلترهای SAW فرکانس میانی برای کاربردهـای تلفـن موبایـل در
 
بازارهای ژاپن
 

خلاصه. 76
1-4 مقدمه 76
2-4 سهم جهانی مشترکین تلفن موبایل دیجیتال 77
3-4 فیلتر PDC IF 81
4-4 فیلتر PHS IF برای ترمینال ها 86
5-4 فیلتر PHS IF برای ایستگاه های پایه. 92
6-4 فیلتر cdmaOne IF SAW 94
7-4 فیلتر W-CDMA IF-SAW 97
نتیجه. 98

 
فصل پنجم: بررسی دوپلکسر آنتنSAW W-CDMA و GSM بر پایه FEM و
 
شامل دوپلکسر
 

خلاصه. 100
1-5 مقدمه 101
2-5 دوپلکسر SAW در سیستم .W-CDMA 103
3-5 بررسی ترکیب دوپلکسر W-CDMA  با GSM بر اساس FEM 107

 

4-5 مشخصه غیر خطی مدارهـــای سوئیـچینگ وفیلتـر های SAW در برابر سیـگنال های  
بلاکینـگ 108
5-5 ارتقاء پرفورمنس چیپ های SAW و کوچک سازی دوپلکسر. 113
نتیجه. 115

 
فصل ششم: دوپلکسر SAW فرکانس بالا با مشخصه افت پایین و cut-off تیز
 

1-6 مقدمه 117
2-6 فیلتر SAW نوع لدر. 117
3-6 افزایش پایداری توان در فیلترهای SAW نوع لدر 119
4-6 اصلاح افت داخلی و مشخصه . cut-off 121
5-6 طراحی دوپلکسر آنتن 125
1-5-6 دوپلکسر 800MHz AMPS CDMA 126
2-5-6 دوپلکسر 800MHz JCDMA 129
3-5-6 فیلتر TX آنتن 1.5GHz PDC 130
4-5-6 دوپلکسر سیستم .1.9 GHz PCS-CDMA 131
نتیجه . 132

 
فصل هفتم: فیلترهای SAW و رزوناتورها در سیستم های ارتباطی عمومی
 

خلاصه. 134
1-7 مقدمه 134
2-7 کاربرد فیلترهای SAW و رزوناتورها در سیستم های ارتباطی عمومی 135
3-7 دستگاه های SAW در ارتباطات ماهواره ای 136
نتیجه. 140

 
منابع و ماخذ 141.
 
چکیده انگلیسی 144
 
فهرست جدول ها
 

.1-1 مشخصه تعدادی از مواد در ساخت دستگاه SAW 13
.1-2 مشخصات متداول ترین برش ها در مواد زیر لایه SAW 26
1-3 مشخصه دسترسی و دوپلکسینگ سیستم های تلفن موبایل 45
. 2-3 مکانیزم های افت و طراحی های مربوطه 58
3-3 تخصیص فرکانسی سیستم های تلفنی بی سیم. . 59
4-3 مشخصه فیلترهای MWC و . SAW 61
5-3 تخصیص فرکانسی سیستم های تلفن سلولی. 67
1-4 . مشترکین تلفن سلولی در جهان. 79
2-4 مشخصه فیلتر SAWIF  PDC 81
3-4 مشخصه SAW و فیلتر IF MCF در سیستم . PDC 86
4-4 مشخصه فیلتر . IF  SAW  PHS 87
.5-4 مشخصه فیلتر. IFRx cdmaone 94

 
فهرست شکل ها
 
.1-1 دستگاه SAW مبنا 5
 
.2-1 حرکت موج سطحی در طول سطح 6.
 
.3-1 جهات مختلف برش کوارتز 8
 
.4-1 مشخصه فیلتر میان گذر 12.
 
.5-1 عکس 14. SEM
 
.1-2 نمایش یک ترانسدیوسر اینتردیجیتال 19
 
.2-2 شکل یک رزوناتور دو پورتی 20. SAW
 
.3-2کویتی های کوچک برای ساخت 20. SPUDT
 
.4-2کویتی های پایه برای تولید ماتریس 27 P
 
.5-2تصویر SEM از بخشی از 28 IDT
 
.6-2روند فرآیند ساخت دستگاه 29 SAW
 
.7-2چیپ SAW نصب شده در یک DCC شش خانه ای. 33
 
.8-2تکنولوژی((CSSP در 34. EPCOS
 
.9-2 نمایش زیر لایه 34 LTCC
 
.10-2بخشی از گیرنده دو باندی 36. GSM
 
.11-2ماژول ابتدایی-انتهایی در ترمینال های سه باند 37 GSM
 
. 1-3 مدار RF یک سیستم ارتباطی بی سیم 46
 
. 2-3 مدار RF یک سیستم 49. TDD / TDMA
 
. 3-3 رزوناتور تک پورتی : SAW ساختار و مدار معادل. 53
 
. 4-3 تکنیک نوع لدر : طرح یک فیلتر با پنج رزوناتور. 54
 
. 5-3 فیلتر مد دوگانه: ساختار 55
 
.6-3 فیلتر شیار دوگانه با کوپلینگ ترانسدیوسر: ساختار 57
 
. 7-3 مدار گیرنده هیتروداین دوبل در سیستم آنالوگ 60. CT
 
. 8-3 فیلترشیار دوگانه سیستم : CT + پاسخ فرکانسی 62
 
.9-3 فیلتر نوع لدر برای سیستم : ISM CT پاسخ فرکانسی. .63
 
. 10-3 مدار گیرنده سوپر هتروداین در سیستم دیجیتال باند باریک 64 CT
 
. 11-3 فیلتر شیار دوگانه در گیرنده سوپرهتروداین سیستم ISM CT :پاسخ فرکانسی 65
 
12-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : DECT پاسخ فرکانسی 68
 
. 13-3 فیلتر نوع لدر برای سیستم : TxAMPS پاسخ فرکانسی 69
 
. 14-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : Rx ETACS پاسخ فرکانسی. 70
 
.15-3فیلتر رزوناتور مد دوگانه درسیستم : RxGSM پاسخ فرکانسی 71
 
. 16-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : Tx PCN- پاسخ فرکانسی 72
 
. 1-4 مشترکین تلفن سلولی در جهان 78
 
. 2-4 سهم جهانی مشترکین تلفن موبایل دیجیتال. 78
 
. 3-4 تغییر وزن تلفن PDC و حجم فیلتر 80 IF  SAW
 
. 4-4 ساختار RF TC استفاده شده در تلفن 82. PDC
 
.5-4  پاسخ فرکانسی اولین فیلتر SAW  IF در هندست 83 PDC
 
. 6-4 شیوه اندازه گیری 84 IM
 
. 7-4 اندازه پکیج در فیلتر 86 SAW  IF PDC
 
8-4 .(الف): ساختار فیلتر CLMR در اتصال الکتریکی موازی(ب): مدار معادل در باند عبور 89
 
. 9-4 پاسخ فرکانسی فیلتر SAW  IF برای هندست 90. PHS
 
.10-4 تغییر اندازه پکیج فیلتر 91. IF  PHS
 
.11-4 پاسخ فرکانسی فیلتر IF  PHS برای ایستگاه پایه 93
 
.12-4 پاسخ فرکانسی اولین نسل فیلتر SAWIF  Rx برای هندست 95. cdmaone
 
.13-4 اندازه پکیج فیلتر 96 SAW  IF Rx cdmaone
 
.1-5 مشخصه 3GPP برای سیستم 102 W CDMA
 
.2-5 دوپلکسر آنتن 104.
 
.3-5 مشخصه فرکانسی مربوط به دوپلکسر شکل 105 .2-5
 
WCDMA/GSM .4-5 چند باند-مود دوگانه 107 FEM
 
.5-5 تولید سیگنال شبه-دریافتی مربوط به اعوجاج غیر-خطی مرتبه سوم. 109
 
IIP3 .6-5 مربوط به سوئیچ های پین – دیود. 110
 
PIMP  .7-5 برای دوپلکسر 110 SAW
 
.8-5 مشخصه های فیلترهای SAW ارتقاء یافته بر روی SMD ها. 112
 
.9-5 مشخصات طراحی شده دوپلکسر بر اساس پارامترهای 114 S
 
.10-5 مشخصه اندازه گیری شده دوپلکسر توسعه یافته. 114
 
.1-6 طرح رزوناتور SAW تک پورتی و ساختار مدار لدر پایه 119
 
.2-6 ساختار فیلم الکترودی ساندویچی. 120
 
.3-6 دوره فعالیت در مقایسه با توان ورودی فیلترهای120 . Tx
 
.4-6 سرعت SAW در هر ناحیه. 123.
 
.5-6 تغییر مشخصات به وسیله پهنای الکترود 123
 
.6-6 مقدار Q در فرکانس رزونانس و فرکانس آنتی رزونانس. 124
 
.7-6 رابطه سرعت فاز با نسبت فلزکاری 124
 
.8-6 اثر سیم زمین رزوناتور شاخه موازی 125
 

.9-6 ساختار مدار دوپلکسر SAW نوع لدر. . 127
.10-6 دید موضعی از پکیج دوپلکسر معمولی. . 128
.11-6 دید موضعی از پکیج دوپلکسر ارتقاء یافته. 128
.12-6 پکیج های ارتقاء یافته و معمولی . 128
.13-6 مشخصه S21 دوپلکسر AMPSCDMA در فرکانس 800MHz با پکیج ارتقاء یافته 129
.14-6 مشخصه S21 دوپلکسر JCDMA در فرکانس . 800MHz 130
.15-6 مشخصه S21 فیلترTx آنتن 1.5GHz PDC . 131
.16-6 مشخصه S21 دوپلکسر PCSCDMA در فرکانس . 1.9GHz 132
.1-7 ساختار ساده سیستم های ارتباطی عمومی . 136
.2-7 پاسخ فرکانسی فیلتر 70MHz SAW IF در ترانسپوندر ماهواره. 137
.3-7 مفهوم ترکیب برداری از پاسخ های فیلتر SAW 139
.4-7 پاسخ فرکانسی فیلتر SAW . 139
.5-7 پاسخ فرکانسی فیلتر SAW . 140

 
خلاصه                                                                                                                          ١
 
 
موج SAW یک موج سطحی صوتی می باشد که در طول سطح یک ماده منتـشر مـی شـود. بـه طـور
 
 
معمول موادی که در ساخت این زیر لایه مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از کوارتز، لیتیم نیوبیـت
 
 
و لیتیم تانتالیت، که با ایجاد برش های متفاوت خصوصیات متفـاوتی دارنـد. ایـن مـواد دارای خاصـیت
 
 
فیزوالکتریک می باشند، یعنی با اعمال میدان الکتریکی به سطح نیروهایی ایجاد می شوند که به شـکل
 
 
امواج SAW در طول سطح حرکت می کنند. دستگاه هـایی کـه از ایـن خاصـیت اسـتفاده مـی کننـد
 
 
عبارتند از خطوط تأخیر، رزوناتورها، فیلترها و . .
 
 
سیستم های ارتباطی بی سیم یکی از زمینه های ارتباطات می باشد که با سرعت زیادی در حال توسعه
 
 
و افزایش است. تلفن های سلولی و بی سیم هم اکنون در زندگی امروزه پایه گذاری شده انـد. سیـستم
 
 
های تکمیلی دیگری همانند سیستم های ارتباطی شخصی با دسترسی جهانی و شبکه های دیتای بـی
 
 
سیم قسمتی از ارتباطات آینده را تشکیل خواهنـد داد. توسـعه چنـین سیـستم هـایی بـر روی تکامـل
 
 
تکنولوژیکی و مشخصات کاری متمرکز شده است. افزایش تقاضا مبنی بر کوچک سازی اجزاء منجـر بـه
 
 
استفاده از اجزاء SAW در مدارهای دستگاه های رادیویی پیشرفته شده است. علاوه بـر آن پرفـورمنس
 
 
ویژه اجزاء RF SAW نیز بر روی مدار گیرنده تاثیر گذاشته است. همچنـین کیفیـت رادیـویی افـزایش
 
یافته و وزن، اندازه و قیمت نهایی مدار کاهش یافته است. علاوه بـر آن از آن جـایی کـه تلفـن موبایـل
 
 
سبک و کوچک در بازار ارجحیت دارد، اندازه فیلترهای IF SAW سال به سال کوچک تر می شود.
 
 
در سیستم های تلفن سلولی CDMA آنالوگ و TDMA ارسال و دریافت به طور هم زمـان انجـام مـی
 
 
شود. بنابراین باید دوپلکسر در آنتن استفاده شود. دوپلکسر آنتن از فیلتر های SAW نوع لـدر اسـتفاده
 
 
می کند که برای اولین بار در سال 1998 در سیستم AMPSCDMA به کار برده شـد. انـدازه ایـن
 
 
پکیج 9.5 ×7.5 ×2mm3  بود. برای ساخت دوپلکـسرهای آنـتن SAW بایـد فیلتـر SAW بـه گونـه ای
 
طراحی شود که افت پایین تر و قطع تیزتری داشته باشد و مواد الکترودی که پایداری تـوان بـالاتری را
 
 
ایجاد می کنند، استفاده شود و نیاز به طراحی پکیجی دارد که افـت پـایین تـر و انـدازه کوچـک تـری
 
 
داشته باشد. به وسیله ارتقاء چیپ فیلتر و کاهش انـدازه پکـیج تـا 5 میلـی مترمربـع مـی تـوان انـدازه
 
 
دوپلکسرها را کاهش داد. به هر حـال، دوپلکـسر SAW بـا افـت پـایین و مشخـصات قطـع تنـد بـرای
 
 
کاربردهای فرکانس بالا مـورد نیـاز اسـت. از طریـق مشخـصات فیلتـر SAW ارتقـاء یافتـه، مـی تـوان
 
دوپلکسری برای سیستم 1 PCSCDMA 1.9GHzساخت.
 
علاوه بر آن دستگاه های SAW به خاطر مزایایی مانند کوچکی، سبکی، پایداری و ضـربه پـذیری بـرای
 
 
استفاده در سیستم های ماهواره ای در نظر گرفته شده اند.
 
فصل اول
آشنایی با فیلتر SAW
 
فصل اول: آشنایی با فیلتر SAW    ۴
 
 
1-1 مقدمه
 
یک موج سطحی صوتی 1 SAW یک نوع حرکت موج مکانیکی می باشد که در طول سـطح یـک مـاده
 
جامد حرکت می کند. این موج در سال 1885 به وسیله لرد رایلی کشف شد و پـس ازآن بـه ایـن نـام
 
 
نامیده شد. رایلی نشان داد که امواج SAW می توانند مؤلفه ای از سیگنال مرتعش مربوط بـه زلزلـه را
 
به خوبی توصیف کنند. امروزه این امواج صوتی اغلب در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شـوند. در
 
 
نگاه اول استفاده از یک موج صوتی در کاربردهای الکترونیکی عجیب به نظر می رسد؛ اما امـواج صـوتی
 
 
مشخصات ویژه ای دارند که آنها را برای کاربردهای خاصی مناسب می سازند. این امواج اسـتفاده هـای
 
 
متعارفی دارند. دربسیاری از ساعت های مچی از کریستال به عنوان یـک رزونـاتور صـوتی بـرای تولیـد
 
 
فرکانس صحیح استفاده می شود، اگر چه دراین رزوناتور از امواج صوتی bulk بیشتر از امـواج سـطحی
 
 
استفاده می شود.
 
 
یــک دســتگاه SAW ابتــدایی در شــکل 1-1 نــشان داده شــده اســت کــه شــامل 2 ترانــسدیوسر
 
اینتردیجیتــالIDT 2 بــر روی یــک زیــر لایــه3 فیزوالکتریــک ( ( Piezoelectric  هماننــد کــوارتزمی
 
 
باشد. IDT شامل الکترودهای فلزی تو در تو است که برای ارسال1 و دریافت امواج استفاده مـی شـوند
 
به طوری که یک سیگنال الکتریکی به یک موج صوتی و سپس به الکتریکـی تبـدیل مـی شـود. مزیـت
 
 
عمده ای که این امواج نسبت به سایر امواج دارند این است کـه بـسیار آرام حرکـت مـی کننـد ( مـثلاً
 
 
300m / s )، چنان که تاخیرهای بزرگی را می توانند ایجاد کنند. از آن جـایی کـه شـکل IDT قابلیـت
 
 
تغییرات بسیارزیادی را دارد، در نتیجه دستگاه های متنوعی را مـی تـوان بـا اسـتفاده از ایـن خاصـیت
 
 
ساخت. اوایل سـال 1970 دسـتگاه هـای SAW بـه منظـور فـشرده سـازی پـالس رادار، اسـیلاتورها و
 
فیلترهای میان گذر در تلویزیون هـای خـانگی و رادیوهـای حرفـه ای تولیـد شـدند. فیلترهـای جدیـد
 
 
SAWبا کارآیی بالا وارد بازار شده اند و تعداد بسیار زیادی (حدود 3 بیلیون در سال) نیز در حال تولید
 
می باشند.
 
شکل .1-1 دستگاه SAW مبنا
 
 
شکل 2-1 حرکت امواج SAW در طول سطح یک ماده جامد1  را نشان می دهد. هنگامی که موج
 
SAW از این سطح عبور می کند، هریک از اتم های ماده یک مسیر بیضی شکلی را طی می کند، در
 
حالی که این مسیر برای هر دوره از حرکت موج تکرار می شود. هر چه قدر به عمق نفوذ می کنیم اتم
 
 
های کمتری از سطح جا به جا می شوند. بنابراین، این موج در امتداد سطح هدایت می شود. در ساده
 
ترین حالت (یک ماده ایزوتروپیک)، اتم ها در سطحی معروف به صفحه جهتی2  حرکت می کنند.
 
صفحه جهتی، صفحه ای معمولی است که انتشار در آن در جهت مشخصی می باشد.
 
شکل.2-1 حرکت موج سطحی در طول سطح
 
 
2-1 پدیده Piezoelectricity
 
در دستگاه های الکترونیکی، لازم است که موج های SAW را از یک سیگنال الکتریکـی ورودی تولیـد
 
کنیم و سپس ازاین موج SAW برای تولید سیگنال الکتریکـی خروجـی اسـتفاده کنـیم. عمـل تغییـر
 
الکتریکی به صوتی یا صوتی به الکتریکی تبدیل1 نامیده می شود. به منظور توصیف این پروسه، در ابتدا
 
باید خاصیت Piezoelectricity را شرح دهیم که مشخصه بسیاری از مواد جامد می باشد. در یـک مـاده
 
 
فیزوالکتریک مکانیزمی وجود دارد که بین اختلالات الکتریکـی و مکـانیکی نـوعی تطبیـق و همـاهنگی
 
 
ایجاد می کند. از این رو استفاده از میدان الکتریکی، نیروها و کشش هـای مکـانیکی ایجـاد مـی کنـد.
 
 
برعکس، یک تغییر مکانیکی، به عنوان مثال تغییر در فشار، میدان الکتریکی و در نتیجه ولتاژ ایجاد می
 
 
کند.
 
پدیده Piezoelectricity در بسیاری از مواد اتفاق می افتد، اما این ماده بایـد 2 anisotropic باشـد، بـه
 
طوری که مشخصه های آن به جهت قرارگیری اتم ها در داخل ماده بستگی دارد. معمولاً این به معنای
 
 
آن است که از مواد کریستالی باید استفاده شود. مواد تشکیل دهنده متداول SAW ها کریستال هـای
 
کوارتز، لیتیم نیوبیت یا لیتیم تانتالیت است که همگی فیزوالکتریک مـی باشـند. در ایـن کریـستال هـا
 
 
حرکت موج SAW مشابه حرکت موج درحالت ایزوتروپیک می باشد با این تفاوت کـه همـراه بـا مـوج
 
 
2 این ماده دارای مشخصات فیزیکی مختلف در سطوح مختلف اندازه گیری می باشد.
 
فصل اول: آشنایی با فیلتر SAW                                                                                                ٨
 
یک میدان الکتریکی نیز وجود دارد. از طرف دیگرچون ماده ناهمـسانگرد مـی باشـد؛ یعنـی مشخـصات
 
 
SAW به جهتی که در آن زیر لایه از ماده اصلی برش داده شده بستگی دارد؛ بنابراین جهت برش باید
 
مشخص شود. نمونه ای از این برش ها در شکل 3-1 نشان داده شده است.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
تعداد صفحه : 169
قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***