Luận án Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng trong điện tử viễn thông

1.1. Đặt vấn đề

Trong cuộc sống hiện nay vai trò của bộ lọc trong các mạch điện tử là vô cùng

quan trọng, người ta thường sử dụng bộ lọc thực hiện xử lý các tín hiệu trong các mạch

điện tử. Tùy thuộc vào ứng dụng thực tế, các loại bộ lọc sẽ sử dụng tương ứng để thu

được dải tín hiệu mong muốn. Hiện nay, với tốc độ phát triển của các sản phẩm điện tử

ngày càng mạnh mẽ thì việc sử dụng bộ lọc cũng gia tăng gắn liền với các lĩnh vực của

đời sống xã hội như: khoa học, quân sự, công nghiệp, . Để đáp ứng nhu cầu sử dụng

và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, độ tin cậy, kích thước nhỏ gọn, độ bền cao,

hoạt động ổn định lâu dài trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và biến động lớn,

thì việc nghiên cứu và chế tạo bộ lọc theo nguyên lý sóng âm bề mặt là vô cùng cấp thiết

bởi những ưu điểm vượt trội so với các bộ lọc thụ động hiện nay[1][2]. Bộ lọc sử dụng

nguyên lý sóng âm bề mặt được gọi là bộ lọc SAW (Surface Acoustic Wave).

Bộ lọc SAW được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan trọng

như điện tử viễn thông, truyền thông không dây, điều khiển từ xa, [3], [4], [5], [6],

[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13]. Theo báo cáo của Indutrial ARC

(www.industryarc.com/Report/18294/saw-baw-market.html) thì thị trường SAW toàn

cầu ước tính đạt 40,494 tỷ USD vào năm 2023, tốc độ gia tăng hàng năm đạt 18,54%

trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến 2023. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế

tạo thử nghiệm bộ lọc SAW là rất quan trọng và cần thiết.

Bộ lọc SAW là một bộ lọc kiểu cơ học trong đó sử dụng nguyên lý lan truyền sóng

âm bề mặt và sự cộng hưởng sóng trên bề mặt vật liệu nhằm mục đích lọc tín hiệu [14],

[15], [16]. Về cơ bản, bộ lọc SAW cũng như bộ lọc tương tự hay bộ lọc số thực hiện

giải quyết bài toán chung về bộ lọc là truyền tín hiệu và lọc tần số để có được các tín

hiệu mong muốn. Bộ lọc SAW khác các bộ lọc truyền thống ở cấu trúc và nguyên lý

hoạt động. Công nghệ chế tạo bộ lọc SAW dựa trên hai kỹ thuật là liff-off và ăn mòn

(etching) [3], [17], [18], [19], [20], [21].

Trên thế giới, nghiên cứu ứng dụng bộ lọc SAW trong lĩnh vực điện, điện tử, viễn

thông đã bắt đầu từ khoảng các năm 1970 và phát triển mạnh mẽ những năm 1990. VậtVề một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng

trong điện tử viễn thông

Trang 5

liệu áp điện sử dụng trong bộ lọc SAW chủ yếu là các loại: Quartz (Thạch anh), Lithium

Niobate (LiNbO3), Lithium Tantalate và Lanthanum Gallium Silicate [22], [23]. Trên

thế giới, các sản phẩm thương mại về bộ lọc SAW chủ yếu sử dụng đế áp điện khối như

đế Thạch anh, đế LiNbO3 [6], [46], [47]. Các bộ lọc SAW được ứng dụng liên quan đến

cảm biến hóa học, quang học, nhiệt, áp suất, gia tốc, sinh học, . [24], [25], [26], [27],

[28], [29], [30], [31], [32]. Xu hướng nghiên cứu bộ lọc SAW được thực hiện chủ yếu

dựa trên mô phỏng và thực nghiệm, một số công trình nghiên cứu đã công bố dựa trên

phương pháp mô phỏng như sau:

- Mô phỏng bộ lọc SAW dựa trên Matlab và Simulink [33]: Năm 2006 nhóm tác

giả Jiahe Dong và các nhà khoa học của Trường Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung

Quốc đã tiến hành nghiên cứu đáp ứng tần số bộ lọc SAW với cấu trúc IDT. Nhóm

nghiên cứu đã tiến hành phân tích mô hình toán học của bộ lọc SAW để làm giảm độ

suy hao của bộ lọc. Để mô tả nguyên lý hoạt động của bộ lọc SAW và tối ưu hóa các

bước tính toán, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp giảm cấp một ma trận bậc

[10x10] xuống bậc [2x2] nhằm đơn giản hóa quá trình. Tỷ lệ tối ưu hóa đạt được theo

công bố của nhóm tác giả Jiahe Dong là 0,725.

- Mô phỏng bộ lọc SAW sử dụng Concave[34]: Đây là bài báo đăng trên Tạp chí

Công nghệ điện và Khoa học máy tính ở Indonesia năm 2015 của nhóm tác giả M.

Elsherbini. Bài báo này trình bày kết quả sử dụng phương pháp cải thiện các tham số

của bộ lọc, đồng thời giảm độ suy hao trong đáp ứng tần số sử dụng công cụ GNU

Concave. Kết quả được đánh giá dựa trên các tham số như: độ bức xạ, độ nhạy vật liệu,

trở kháng và đáp ứng tần số. Tất cả các tham số đều được tính toán dựa trên công thức

toán học truyền thống của bộ lọc SAW. Kết quả mô phỏng bộ lọc được chế tạo có độ

suy hao là 20,5 (dB) tại tần số trung tâm là 70 (MHz), kết quả này là tốt hơn so với bộ

lọc thương mại cùng loại có độ suy hao là 22,5 (dB).

- Mô phỏng bộ lọc SAW bằng phương pháp phần tử hữu hạn (sau đây gọi là

Phương pháp FEM) [36], [37], [38], [39], [40]. Phương pháp FEM được sử dụng phổ

biến trong mô phỏng bộ lọc SAW bởi ưu điểm về khả năng tính toán, dễ dàng mô hình

hóa cấu trúc bộ lọc mà không phụ thuộc vào việc biết trước mô hình toán học. Các

nghiên cứu đã thu được nhiều kết quả khả quan, góp phần cải thiện chất lượng bộ lọc

dựa trên các kết quả mô phỏng. Tuy nhiên, các nghiên cứu mô phỏng bộ lọc SAW sửTrang 6 NCS. Trần Mạnh Hà

dụng Phương pháp FEM mới dừng lại ở việc mô phỏng cấu trúc đối xứng, các bộ lọc có

cấu trúc bất đối xứng chưa được nghiên cứu rộng rãi.

159 trang chauphong 16/08/2022 13460

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng trong điện tử viễn thông", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng trong điện tử viễn thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG 
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA 
TRẦN MẠNH HÀ 
VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NÂNG CAO HIỆU 
QUẢ BỘ LỌC THỤ ĐỘNG TẦN SỐ CAO DẠNG SAW ỨNG DỤNG TRONG 
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 
HÀ NỘI - 2021 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG 
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA 
TRẦN MẠNH HÀ 
VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NÂNG CAO HIỆU 
QUẢ BỘ LỌC THỤ ĐỘNG TẦN SỐ CAO DẠNG SAW ỨNG DỤNG 
TRONG ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 
MÃ SỐ: 9520203 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. TS NGUYỄN THẾ TRUYỆN 
2. PGS.TS HOÀNG SĨ HỒNG 
HÀ NỘI - 2021 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dựa trên những hướng 
dẫn của TS Nguyễn Thế Truyện và PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng. Tất cả những tham khảo, 
kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Kết quả nghiên cứu là trung thực và 
chưa từng công bố trên bất kỳ công trình nào khác. 
 Tác giả luận án 
Trần Mạnh Hà 
 LỜI CẢM ƠN 
Luận án này được nghiên cứu sinh thực hiện tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, 
Tự động hóa dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Thế Truyện và PGS.TS Hoàng 
Sĩ Hồng. Nghiên cứu sinh (NCS) xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy đã hướng 
dẫn tận tình, hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án. 
Nghiên cứu sinh (NCS) cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện ITIMS – Đại 
học Bách Khoa Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp về khoa học, chuyên môn rất sâu 
sắc đồng thời tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực nghiệm, đánh giá kết quả nghiên 
cứu của trong quá trình thực hiện Luận án. 
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Lãnh đạo và cán bộ Vụ Khoa học và Công 
nghệ - Bộ Công Thương đã tạo những điều kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong quá 
trình thực hiện Luận án. 
Nhân dịp này, Nghiên cứu sinh (NCS) xin bày tỏ lòng biết ơn với các thành viên 
trong gia đình, anh em thân thiết, những người đã không quản ngại khó khăn, hết lòng 
giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua để nghiên cứu sinh 
có được cơ hội hoàn thành tốt Luận án của mình . 
Xin chân thành cảm ơn! 
Tác giả luận án 
 Trần Mạnh Hà 
MỤC LỤC 
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... vii 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. viii 
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 4 
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 4 
1.2. Cơ sở lý thuyết chung ........................................................................................... 8 
1.2.1. Khái niệm về sóng âm bề mặt ........................................................................ 8 
1.2.2. Vật liệu bất đẳng hướng ............................................................................... 10 
1.2.3. Vật liệu có tính áp điện ................................................................................ 15 
1.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ lọc SAW ............................................. 19 
1.3.1. Cấu trúc ........................................................................................................ 19 
1.3.2. Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 21 
1.3.3. Cấu trúc cơ bản của bộ IDT ......................................................................... 24 
1.3.4. Các tham số đánh giá ................................................................................... 28 
1.4. Các phương pháp mô phỏng ............................................................................... 32 
1.4.1. Phương pháp mô phỏng COM ..................................................................... 33 
1.4.2. Mô hình mạch tương đương Mason ............................................................. 34 
1.4.3. Phương pháp phần tử hữu hạn ..................................................................... 36 
1.5. Các kỹ thuật chế tạo ............................................................................................ 38 
1.5.1. Phương pháp LIGA ...................................................................................... 39 
1.5.2. Kỹ thuật quang khắc, liff-off, etching .......................................................... 40 
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, CHẾ TẠO BỘ LỌC SAW ...................... 45 
2.1. Bài toán thiết kế .................................................................................................. 45 
2.1.1. Cơ sở lựa chọn bài toán thiết kế ................................................................... 45 
2.1.2. Bài toán thiết kế ........................................................................................... 46 
2.1.3. Quy trình thiết kế, chế tạo bộ lọc SAW ....................................................... 47 
2.2. Thiết kế, chế tạo bộ lọc SAW ............................................................................. 47 
2.2.1. Nội dung thiết kế [101] ................................................................................ 47 
2.2.2. Chế tạo thử nghiệm ...................................................................................... 54 
2.2.3. Đánh giá các thông số .................................................................................. 62 
2.2.4. Ứng dụng chế tạo bộ điều khiển từ xa ......................................................... 68 
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỘ LỌC SAW ........ 71 
3.1. Cấu trúc bất đối xứng SPUDT ............................................................................ 71 
3.1.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................. 72 
3.1.2. Đáp ứng của bộ lọc....................................................................................... 77 
3.2. Ảnh hưởng các tham số cấu trúc ........................................................................ 79 
3.2.1. Mô phỏng sử dụng FEM .............................................................................. 79 
3.2.2. Mô phỏng sử dụng Mason ............................................................................ 84 
3.3. Các giải pháp nâng cao chất lượng khác ............................................................ 87 
3.3.1. Khoảng cách giữa hai bộ IDT ...................................................................... 88 
3.3.2. Số lượng cặp điện cực IDT .......................................................................... 89 
3.3.3. Vật liệu điện cực .......................................................................................... 91 
3.3.4. Độ dày điện cực ............................................................................................ 92 
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ......................................... 95 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 96 
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................................................... 107 
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 108 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
Chữ viết tắt Nội dung Diễn giải 
AlN Aluminum Nitride Hợp chất nhôm nitrite 
ANSYS Analysis System Phần mềm dùng để mô phỏng, tính toán 
thiết kế công nghiệp 
Bi IDT Bi Inter Digital Tranducer Cấu trúc Bộ chuyển đổi đối xứng 
COM Coupling of Modes Phương pháp ghép cặp chế độ riêng. 
COMSOL Comsol Multiphysics Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn, giải 
và mô phỏng 
DART Distributed Acoustic 
Reflectrion Transducer 
Bộ chuyển đổi phản xạ sóng âm kiểu phân 
tán 
DWSF Different – Width Split 
Finger 
Các điện cực có kích thước chiều rộng 
khác nhau 
EWC Electrode-Width Controlled Các điện cực có kích thước chiều rộng 
được kiểm soát 
FDM Finite Difference Method Phương pháp sai phân hữu hạn 
FEA Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn 
FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn 
IDT Inter Digital Tranducer Bộ chuyển đổi số 
IIDT Interdigitated interdigital 
Tranducer 
Bộ IDT chuyển đổi liên tục 
IL Insertion Loss Độ suy hao 
ITIMS International Training 
Istitute for Materials Science 
Viện Đào tạo quốc tế về khoa học vật liệu 
– Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
LPDs Low Power Devices Thiết bị công suất thấp 
 Chữ viết tắt Nội dung Diễn giải 
MEMS Micro Electro Machanical 
System 
Hệ thống vi cơ điện tử 
MSC Multi Strip Coupler Bộ ghép đa dải 
PDE Partial Differential 
Equations 
Phương trình vi phân riêng phần 
PTVPTP - Phương trình vi phân từng phần 
PVDF PolyVinyliDene Hợp chất đa phân tử 
RF Radio Frequency Tần số radio 
RFID Radio Frequency Identifier 
Digital 
Bộ nhận dạng số sử dụng tần số radio 
SAW Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt 
SEM Scanning Electron 
Microscope 
Kính hiển vi điện tử quét 
SSBW Shear Body Wave Sóng thân 
SPUDT Single-phase Undirectional 
Interdigital Transducer 
Bộ chuyển đổi có cấu trúc bất đối xứng 
TES Triple Electrode Sections Phần điện cực thứ ba 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Bảng 1 Tính chất của một số vật liệu làm IDT [65] ...................................................... 26 
Bảng 2 Giá trị K của một số vật liệu [88]...................................................................... 27 
Bảng 3 Một số sản phẩm thực tế chíp SAW thụ động của các hãng sản xuất .............. 45 
Bảng 4 Tham số kích thước cho bộ lọc SAW đế áp điện màng mỏng.......................... 49 
Bảng 5 Bảng kết quả so sánh đo tại PTN và Viện Đo lường ........................................ 64 
Bảng 6 Bảng kết quả so sánh giữa các đại lượng đo thực tế và thiết kế ....................... 67 
Bảng 7 Thông số cấu trúc hình học của SPUDT mô phỏng.......................................... 81 
Bảng 8 Kết quả tính độ dốc của đáp ứng tần số bộ lọc SAW SPUDT .......................... 83 
Bảng 9 Kết quả mô phỏng thay đổi khoảng cách giữa hai bộ IDT đối xứng ................ 89 
Bảng 10 Đặc tính của bộ lọc SAW trong trường hợp các điện cực Al, Cu, Au ............ 91 
 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 
Hình 1-1 Sự lan truyền của sóng bề mặt và sóng thân khi có kích thích [52]. ............... 9 
Hình 1-2 Sự lan truyền của sóng Rayleigh trong không gian [52].................................. 9 
Hình 1-3 Sự đối xứng (a) và bất đối xứng trong tinh thể (b)[7]. ................................... 11 
Hình 1-4 Cấu trúc tinh thể khi chưa có ngoại lực tác dụng[69][70]. ............................ 11 
Hình 1-5 Cấu trúc tinh thể khi có ngoại lực tác dụng[69][70]. ............................. ... SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, 99, 0, 1, 1, 0, 0 
*SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0 
*SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0 
! End of equation: {TIME} 
! Begin of equation: 100 
*SET,%_FNCNAME%(0,0,2), 20e-9, -999 
*SET,%_FNCNAME%(2,0,2), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(3,0,2), 0.0 
 Trang 122 NCS. Trần Mạnh Hà 
*SET,%_FNCNAME%(4,0,2), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(5,0,2), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(6,0,2), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(0,1,2), 1.0, 99, 0, 100, 0, 0, 0 
*SET,%_FNCNAME%(0,2,2), 0 
*SET,%_FNCNAME%(0,3,2), 0 
! End of equation: 100 
! Begin of equation: 0*{TIME} 
*SET,%_FNCNAME%(0,0,3), 960e-9, -999 
*SET,%_FNCNAME%(2,0,3), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(3,0,3), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(4,0,3), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(5,0,3), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(6,0,3), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(0,1,3), 1.0, -1, 0, 0, 0, 0, 1 
*SET,%_FNCNAME%(0,2,3), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 1 
*SET,%_FNCNAME%(0,3,3), 0, 99, 0, 1, -2, 0, 0 
! End of equation: 0*{TIME} 
!============================================================ 
!-->Dat node dien ap 
!============================================================ 
*SET,nelec,3*numIDT ! Number of electrodes on top surface 
*dim,NIDT,array,nelec 
!==================================================== 
*SET,j,1 
*DO,i,1,3*numIDT-2,3 
NSEL,S,LOC,Y,h1+h2 
NSEL,R,LOC,X,L1+(j-1)*lamda, L1+(j-1)*lamda+d1 
*SET,j,j+1 
!*SET,b,mod(i,2)+1 !chia lay so du 
*SET,b,2 
CP,b,VOLT,ALL 
*GET,NIDT(i),NODE,0,NUM,MIN 
*ENDDO 
!==================================================== 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 123 
*SET,j,1 
*DO,i,2,3*numIDT-1,3 
NSEL,S,LOC,Y,h1+h2 
NSEL,R,LOC,X,L1+2*d+(j-1)*lamda, L1+2*d+(j-1)*lamda+d2 
*SET,j,j+1 
!*SET,b,mod(i,2)+1 !chia lay so du 
*SET,b,1 
CP,b,VOLT,ALL 
*GET,NIDT(i),NODE,0,NUM,MIN 
*ENDDO 
!==================================================== 
*SET,j,1 
*DO,i,3,3*numIDT,3 
NSEL,S,LOC,Y,h1+h2 
NSEL,R,LOC,X,L1+6*d+(j-1)*lamda, L1+6*d+(j-1)*lamda+d3 
*SET,j,j+1 
!*SET,b,mod(i,2)+1 !chia lay so du 
*SET,b,1 
CP,b,VOLT,ALL 
*GET,NIDT(i),NODE,0,NUM,MIN 
*ENDDO 
!============================================================ 
!Tao file cac diem 
ALLSEL 
CPLIST,ALL,,,ANY 
!============================================================ 
!----------------Dieu kien bien ------------------ 
nsel,s,loc,y,0 
d,all,volt,0 
nsel,s,loc,y,0 
d,all,ux,0 
nsel,s,loc,y,0 
d,all,uy,0 
fini 
 Trang 124 NCS. Trần Mạnh Hà 
!---------------end dieu kien bien----------------- 
!============================================================ 
! Giai tu day 
!============================================================ 
/SOL 
!* 
ANTYPE,4 
!* 
TRNOPT,FULL 
LUMPM,0 
!* 
NLGEOM,0 
SSTIF,0 
NROPT,AUTO, , 
EQSLV, , ,0, 
PRECISION,0 
MSAVE,0 
TOFFST,313, 
!* 
!* 
/GST,1,0 
!* 
OUTRES,NSOL,ALL, 
ERESX,DEFA 
!* 
SOLCONTROL,ON,1, 
!* 
!* 
TIME, 960e-9,-1 !Thoi gian tinh 
DELTIM, 0.3e-9, , ,1 !Chu ky lay mau 
KBC,1 
!* 
TSRES,ERASE 
!* 
TIME, 960e-9,-1 !Thoi gian tinh 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 125 
!/CONFIG,NRES,8000 
NSUBST,3200, , ,1 !So diem tinh 
KBC,1 
nsel,all ! need to specify node 
!========================================================= 
!---------------begin electrode Voltage------------ 
!define voltage 
*SET,Vg,0 
*do,i,1,3*numIDT-2,3 
d,NIDT(i),VOLT, %IDT_VOLT% ! Apply voltages to top odd electrodes 
*enddo 
*do,i,2,3*numIDT-1,3 
d,NIDT(i),VOLT,Vg ! Apply voltages to even top electrodes V=0 
*enddo 
*do,i,3,3*numIDT,3 
d,NIDT(i),VOLT,Vg ! Apply voltages to even top electrodes V=0 
*enddo 
!--------------end electrode load------------------ 
!=========================================================== 
TSRES,ERASE 
TIMINT,1,STRUCT 
TIMINT,1,ELECT 
!* 
TINTP, ,0.25,0.5,0.5,0.5,-1 ! Defines egration parameters 
NEQIT,25, 
/STATUS,SOLU 
SOLVE 
!/DIST,1,1.08222638492,1 ! Specifies tpective 
/REP,FAST 
FINISH 
!============================================================= 
 Trang 126 NCS. Trần Mạnh Hà 
Phần 3 – Đáp ứng tần số của bộ lọc khi thay đổi các tham số 
1. Thay đổi khoảng cách giữa hai bộ IDT 
Thay đổi khoảng cách giữa hai bộ IDT lần lượt là: 3λ; 5λ; 7λ; 10λ; 12λ, đáp ứng 
tần số của các trường hợp thể hiện qua các hình dưới đây: 
PL- 1 Trường hợp khoảng cách 3λ. 
PL- 2 Trường hợp khoảng cách 5λ. 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 127 
PL- 3 Trường hợp khoảng cách 7λ. 
PL- 4 Trường hợp khoảng cách 10λ. 
 Trang 128 NCS. Trần Mạnh Hà 
PL- 5 Trường hợp khoảng cách 12λ. 
Vẽ trên cùng một đồ thị cho các trường hợp khoảng cách 3λ, 5λ, 7λ, 10λ và 12λ: 
PL- 6 Đáp ứng tần số trên cùng 1 đồ thị 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 129 
2. Thay đổi số lượng các IDT 
PL- 7 Trường hợp 50 IDT. 
PL- 8 Trường hợp 40 IDT. 
 Trang 130 NCS. Trần Mạnh Hà 
PL- 9 Trường hợp 30 IDT. 
PL- 10 Trường hợp 20 IDT. 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 131 
Đáp ứng tần số trên cùng một đồ thị cho các trường hợp 50 IDT, 40 IDT, 30 IDT 
và 20 IDT được thể hiện qua các hình sau: 
PL- 11 Đáp ứng tần số 4 trường hợp trên cùng một đồ thị 
 Trang 132 NCS. Trần Mạnh Hà 
3. Thay đổi các thông số hàm truyền 
a. Trường hợp 1: Tăng hệ số của X, hệ số của X càng cao thì độ dốc càng lớn và 
đồ thị tiệm cận về 0 nhiều hơn. 
Hàm ban đầu: Hn(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ ; Hàm thử: Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ଶ୶
ଶ୶
ቁ
ଶ
xHଶ 
PL- 12 Thay đổi tham số X lên gấp 2 lần 
Trong Hình PL- 12 chúng ta thấy rằng, khi tăng tham số x lên 2 lần thì chất lượng 
của bộ lọc được cải thiện, đáp ứng tần số có độ dốc tốt hơn, độ lọc lựa cao hơn, cải thiện 
độ suy hao, độ rộng băng thông hẹp hơn. 
Tiếp theo, để khảo sát sự thay đổi của của việc tăng tham số đối với chất lượng của 
bộ lọc chúng ta tiếp tục thử đối với hàm thứ 2 có tham số x được tăng thêm gấp 3 lần. 
Hàm thử 2 có giá trị như sau: Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ ଷ୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 133 
PL- 13 Thay đổi tham số X lên 3 lần 
PL- 14 Thay đổi tham số X lên 10 lần 
Xem Hình PL- 13, khi tham số x được tiếp tục tăng thì các chỉ sổ về chất lượng 
đều được cải thiện, độ suy hao được cải thiện đáng kể (-100 so với -150), độ lọc lựa 
 Trang 134 NCS. Trần Mạnh Hà 
cũng tốt hơn, độ rộng băng thông cũng hẹp hơn. Chúng ta tiếp tục xem xét với trường 
hợp tham số x tăng lên gấp 10 lần. Hàm thử 3 như sau: Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ଵ଴୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ 
Từ Hình PL- 14 khi tham số x được tăng lên 10 lần, chúng ta thấy các chỉ số về 
chất lượng đều được cải thiện đáng kể như chỉ số độ suy hao từ -150 xuống đến -50, các 
chỉ số độ lọc lựa, độ dốc, độ rộng băng thông đều được cải thiện. 
Kết luận: Khi tăng tham số x thì sẽ cải thiện được chất lượng của hàm Hn(f) =
Hଵx ቀ
ୱ୧୬୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ, đây cũng là dạng của đồ thị hàm truyền bộ lọc SAW. 
b. Trường hợp 2: Tăng bậc của hàm, đồ thị dốc hơn, độ lớn trung bình của tín hiệu 
suy hao giảm đi 
Chúng ta tiếp tục xem xét mối liên quan khi chúng ta tăng số bậc của hàm ୱ୧୬
୶
 đối 
với các tham số về chất lượng của bộ lọc. Chúng ta sẽ so sánh giữa 2 hàm với số bậc là 
2 và 3 như sau: 
Hàm ban đầu: Hn(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ ; Hàm thử: Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ ୶
୶
ቁ
ଷ
xHଶ 
PL- 15 So sánh sự tăng bậc giữa 2 và 3 
Hình PL- 15 chúng ta thấy khi tăng số bậc của hàm ୱ୧୬ ୶
୶
 từ 2 lên 3 lần thì chất lượng 
của bộ lọc không được cải thiện nhiều, chỉ có thể thấy chút ít sự cải thiện độ dốc. Tiếp 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 135 
tục tăng số bậc lên 5 chúng ta có hàm như sau: Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ ୶
୶
ቁ
ହ
xHଶ, sau khi dùng 
phần mềm Matlab chúng ta có Hình PL- 16. Tương tự chúng ta có hàm Hn2(f) =
Hଵx ቀ
ୱ୧୬ ଡ଼
ଡ଼
ቁ
ଵ଴
xHଶ và đồ thị tại Hình PL- 17. 
PL- 16 so sánh sự tăng bậc giữa 2 và 5 
PL- 17 So sánh sự tăng bậc giữa 2 và 10 
 Trang 136 NCS. Trần Mạnh Hà 
c. Trường hợp 3 : Chúng ta khảo sát đặc tính của bộ lọc bất đối xứng bằng cách cộng 
thêm các hàm ୱ୧୬
୶
 để đánh giá các tín hiệu. 
- Hàm thử 1: Với hàm ban đầu Hn(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬୶
୶
ቁ
ଶ
xHଶ, chúng ta sẽ cộng thêm 
01 hàm số có dạng như sau: ୱ୧୬ ଶଡ଼
ଶଡ଼
 . Vậy hàm số là Hn2(f) = Hଵx ቀ
ୱ୧୬ ଡ଼
ଡ଼
+ ୱ୧୬ ଶଡ଼
ଶଡ଼
ቁ
ଶ
xHଶ 
PL- 18 So sánh sau khi cộng thêm 1 hàm sin 2x 
- Hàm thử 2: Hn2(f) = Hଵ ቀ
ୱ୧୬ ଡ଼
ଡ଼
+ ୱ୧୬ ଶଡ଼
ଶଡ଼
+ ୱ୧୬ ଷଡ଼
ଷଡ଼
ቁ
ଶ
Hଶ 
PL- 19 Cộng thêm hàm Sin 3x 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 137 
- Hàm thử 3: Hn2(f) = Hଵ ቀ
ୱ୧୬ ଡ଼
ଡ଼
+ ୱ୧୬ ଶଡ଼
ଶଡ଼
+ ୱ୧୬ ଷଡ଼
ଷଡ଼
+ ୱ୧୬ ସଡ଼
ସଡ଼
ቁ
ଶ
Hଶ 
PL- 20 Cộng thêm hàm sin 4x 
 Trang 138 NCS. Trần Mạnh Hà 
4. So sánh giữa IDT và SPUDT 
a. So sánh về bước sóng 
- Trường hợp 1 : λ0 = 19,5 μm 
PL- 21 Đáp ứng bộ lọc trường hợp λ0 = 19,5 μm so sánh giữa SPUDT và Bi-IDT 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 139 
- Trường hợp 2: λ0 = 36,0 μm 
PL- 22 Đáp ứng bộ lọc với λ0 = 36μm so sánh giữa SPUDT và Bi-IDT 
 Trang 140 NCS. Trần Mạnh Hà 
b. Ảnh hưởng vật liệu 
PL- 23 Đáp ứng tần số của bộ lọc SAW-SPUDT với IDT là Al. 
PL- 24 Đáp ứng tần số của bộ lọc SAW-SPUDT với IDT là Cu. 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 141 
PL- 25 Đáp ứng tần số của bộ lọc SAW-SPUDT với IDT là Au. 
PL- 26 So sánh đáp ứng tần số của bộ lọc SAW-SPUDT với IDT là Al, Cu và Au. 
 Trang 142 NCS. Trần Mạnh Hà 
c. Ảnh hưởng độ dày 
PL- 27 Đáp ứng tần số của SAW trong các trường hợp h/λ0=2,5% 
PL- 28 Đáp ứng tần số của SAW trong các trường hợp h/λ0=5% 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 143 
PL- 29 Đáp ứng tần số của SAW trong các trường hợp h/λ0=7% 
PL- 30 Đáp ứng tần số của SAW trong các trường hợp h/λ0=10% 
 Trang 144 NCS. Trần Mạnh Hà 
PL- 31 Đáp ứng tần số của SAW trong các trường hợp 
d. Ảnh hưởng số lượng IDT 
PL- 32 Thay đổi số cặp điện cực của IDT với λ0 = 19,5 μm 
Về một phương pháp tính toán, thiết kế nâng cao hiệu quả bộ lọc thụ động tần số cao dạng SAW ứng dụng 
trong điện tử viễn thông 
Trang 145 
PL- 33 Thay đổi số cặp điện cực của IDT với λ0 = 36,0 μm

File đính kèm:

luan_an_ve_mot_phuong_phap_tinh_toan_thiet_ke_nang_cao_hieu.pdf
Các công trình công bố Trần Mạnh Hà.pdf
Luận điểm mới TA-TV.pdf
Tóm tắt luận án tiến sĩ Trần Mạnh Hà.pdf