EO_503

T&M MULTIPHYSIC SIMULATION ELETTRONICA OGGI 503 - GIUGNO/LUGLIO 2022 59 EM tradizionale include fenomeni multifisici come gli effetti termo-strutturali, grazie al software COMSOL Multiphysics. Il filtro opera su due bande mmWave 5G: da 26,5 a 29,5 GHz per Giappone, Corea e Stati Uniti e da 24,25 a 27,5 GHz per Unione Europea e Cina. Per prima cosa, viene costruito un modello EM convenzionale del filtro passabanda a cavità in cascata. Viene quindi eseguita una simulazione di meccanica strutturale che include la deformazione termica, assumendo una distribuzione uniforme della temperatura, per valutare il suo impatto sulla risposta in frequenza. Infine, una simulazione del trasferimento di calore analizza come la deformazione termica dovuta a una distribuzione non uniforme della temperatura influenzi le prestazioni del filtro. Modello EM di un filtro a cavità Risolvendo l’equazione d’onda vettoriale di Helmholtz derivatadalleequazionidiMaxwell(Equazione1),sipossono analizzare la propagazione delle onde e il comportamento risonante del dispositivo. Il filtro a cavitàmostrato nella figura 1 comprende sei cavità rettangolari in due sottoinsiemi, caricati da due connettori K da 2,92 mm. I due sottoinsiemi sono collegati ciascuno da iridi induttive eccitate dai pin coassiali del connettore K e accoppiati tra loro attraversouna struttura di tipo coassiale. Quando si progettano filtri a cavità come questo, la dimensione iniziale di ogni cavità può essere stimata rapidamente a partire dalla frequenza di risonanza di una cavità rettangolare: dove a e b sono le dimensioni dell’apertura della guida d’onda e d è la lunghezza della cavità rettangolare. Viene scelta la frequenza per il modo TE101. Il volume del dominio metallico del filtro e dei connettori è più spesso della lunghezza d’onda risonante, quindi la penetrazione non è prevista. Di conseguenza, solo le superfici delle pareti sono incluse nel calcolo. Quando le superfici metalliche sono con perdite per conducibilità finita e queste perdite non sono trascurabili, le superfici possono essere modellate usando una condizione al contorno di impedenza. Semplificando ulteriormente, si può assumere che una certa parte del modello sia senza perdite e può essere rappresentata da un conduttore elettrico perfetto. Si considera che anche la parte dielettrica dei connettori coassiali sia senza perdite. I due connettori coassiali sono eccitati e terminati usando porte concentrate (lumped) coassiali, dove l’impedenza di riferimento è 50 Ω. Un paio di file di input dei parametri aggiornano la geometria della cavità, mentre la banda 5G degli Stati Uniti (da 26,5 a 29,5 GHz) e la banda 5G dell’Unione Europea (da 24,25 a 27,5 GHz) sono simulate separatamente nel dominio della frequenza. Le risposte calcolate, mostrate nella figura 2, evidenziano che ogni filtro ha sei poli nella banda di frequenza, corrispondenti al numero di cavità. Nel progetto per gli Stati Uniti, la Corea e il Giappone, |S 21 | è superiore a -0,25 dB, e |S 11 | è inferiore a -17,5 dB. La larghezza di banda per l’UE e la Cina è più ampia di quella degli Stati Uniti, che degrada |S 11 | a -13 dB massimo con |S 21 | maggiore di -0,3 dB (vedi Fig. 2b). Fig. 2 – Risposte simulate dei filtri per le bande mmWave 5G: Giappone, Corea e Stati Uniti (a) e UE e Cina (b) Fig. a Fig. b

RkJQdWJsaXNoZXIy Mzg4NjYz