Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phát triển các bộ lọc siêu cao tần đa băng có khả năng điều chỉnh độc lập tần số cộng hưởng, ứng dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ 
NGUYỄN TRẦN QUANG 
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN 
ĐA BĂNG CÓ KHẢ NĂNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘC LẬP TẦN SỐ 
CỘNG HƯỞNG, ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG 
THÔNG TIN VÔ TUYẾN THẾ HỆ MỚI 
 Chuyên ngành 
 Mã số 
: 
: 
 Kỹ thuật Điện tử 
 62 52 02 03 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - NĂM 2018 
2 
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
 1. TS. TẠ CHÍ HIẾU 
 2. TS. VŨ TUẤN ANH 
Phản biện 1: PGS. TS. ĐỖ QUỐC TRINH - HỌC VIỆN KỸ THUẬT 
 QUÂN SỰ 
Phản biện 2: PGS. TS. VŨ VĂN YÊM - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
Phản biện 3: PGS. TS. LÊ VĨNH HÀ - VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 
 QUÂN SỰ 
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Viện, họp tại 
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi..... giờ..... ngày..... tháng.....năm 2018 
 Có thể tìm hiểu luận án tại: 
 - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự 
 - Thư viện Quốc gia Việt Nam. 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Trước đây với các thiết bị thông tin vô tuyến truyền thống hoạt động trên 
một băng tần chỉ sử dụng bộ lọc thông dải có một băng tần đáp ứng, thì hiện 
nay với yêu cầu tích hợp nhiều công nghệ siêu cao tần khác nhau trên cùng một 
thiết bị thông tin vô tuyến đã đặt ra vai trò cần thiết của bộ lọc siêu cao tần đa 
băng. Với một thiết bị vô tuyến khai thác đồng thời cả công nghệ WLAN ở tần 
số 2,4GHz và công nghệ WiMAX ở tần số 3,5GHz sẽ sử dụng bộ lọc thông dải 
có hai băng tần tương ứng. Ngoài ra, với sự phát triển liên tục của các công 
nghệ mới, cùng một công nghệ có thể sử dụng trên nhiều băng tần khác nhau. 
Hiện nay, với một thiết bị vô tuyến sử dụng công nghệ WLAN theo chuẩn 
802.11n (năm 2009) hoặc theo chuẩn 802.11ac (năm 2013) sẽ khai thác đồng 
thời cả hai băng tần 2,4GHz và 5GHz. 
Trong thiết kế các bộ lọc thông dải, việc lựa chọn và điều chỉnh tần số 
cộng hưởng của băng tần đóng vai trò quyết định. Đối với bộ lọc siêu cao 
tần đa băng, việc lựa chọn và điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các 
băng tần cũng quyết định đến tính năng hoạt động của bộ lọc, phức tạp hơn 
do có nhiều băng tần khác nhau. Nhiều công trình về bộ lọc siêu cao tần đa 
băng đề xuất có các tần số cộng hưởng của các băng tần bị phụ thuộc lẫn 
nhau, dẫn đến việc thiết lập và điều chỉnh trong quá trình thiết kế phức tạp, 
gặp nhiều khó khăn. Việc nghiên cứu, đề xuất một phương pháp mới trong 
thiết kế bộ lọc siêu cao tần đa băng có khả năng thiết lập, điều chỉnh các tần 
số cộng hưởng một cách độc lập là rất cần thiết. 
 Một trong các phương pháp cơ bản trong thiết kế bộ lọc siêu cao tần đa 
băng là sử dụng các cấu trúc cộng hưởng đa chế độ trên kết cấu mạch dải 
không đối xứng. Trong các cấu trúc cộng hưởng đa chế độ cơ bản, có một 
số cấu trúc có khả năng thiết lập các tần số cộng hưởng không phụ thuộc lẫn 
nhau. Tuy nhiên các cấu trúc cộng hưởng đa chế độ cơ bản này chưa đáp 
ứng được khả năng thiết lập và điều chỉnh độc lập các tần số cộng hưởng 
cho các bộ lọc siêu cao tần ba băng, bốn băng trong thực tế. Việc phát triển 
từ các cấu trúc cộng hưởng cơ bản để xây dựng các cấu trúc cộng hưởng 
mới có khả năng trên là một hướng nghiên cứu hợp lý. 
2 
Đã có một số luận án của nghiên cứu sinh trong nước gần đây nghiên 
cứu về bộ lọc đa băng, tuy nhiên chưa có hướng nghiên cứu nào tập trung 
về khả năng độc lập trong thiết lập và điều chỉnh các tần số cộng hưởng của 
các băng tần. 
2. Mục tiêu nghiên cứu 
Nghiên cứu, đề xuất các cấu trúc cộng hưởng mới sử dụng thiết kế, chế tạo 
các bộ lọc siêu cao tần đa băng ứng dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến có 
khả năng đơn giản, độc lập trong thiết lập và điều chỉnh các tần số cộng hưởng 
của các băng tần. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Tập trung vào các cấu trúc cộng hưởng đa chế độ được phát triển từ các 
cấu trúc cộng hưởng cơ bản trên kết cấu mạch dải không đối xứng có khả năng 
thiết lập các tần số cộng hưởng độc lập. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
 Từ nghiên cứu tài liệu cơ sở lý thuyết cơ bản và các tài liệu tham khảo, 
nghiên cứu thiết kế các cấu trúc cộng hưởng mới sử dụng thiết kế bộ lọc 
siêu cao tần đa băng. 
 Sử dụng phần mềm mô phỏng hiệu chỉnh các cấu trúc đề xuất. 
 Chế tạo sản phẩm, so sánh kết quả thực tế với kết quả mô phỏng. 
5. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn 
Luận án đã đóng góp nội dung nghiên cứu có tính cấp thiết và khoa học 
trong xu hướng phát triển chung của lĩnh vực thông tin vô tuyến hiện nay. Các 
kết quả đạt được của luận án phù hợp với thực tiễn hoạt động khoa học 
nghiên cứu trong thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần đa băng trên kết cấu 
mạch dải không đối xứng, làm đơn giản hóa việc thiết lập và điều chỉnh các 
tần số cộng hưởng trung tâm của các băng tần một cách độc lập, giải quyết 
được các vấn đề khó khăn và phức tạp trước đây do ảnh hưởng phụ thuộc 
lẫn nhau giữa các tần số cộng hưởng trung tâm của một bộ lọc siêu cao tần 
đa băng. 
6. Bố cục luận án 
Bố cục của luận án gồm: Mở đầu, 3 chương và kết luận. 
3 
 Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu, đối tượng phạm vi 
nghiên cứu, nội dung, phương pháp nghiên cứu, những đóng góp mới của 
luận án. 
 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ LỌC SIÊU CAO 
TẦN ĐA BĂNG 
 Chương 2: XÂY DỰNG CÁC CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG THIẾT KẾ 
BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN ĐA BĂNG 
 Chương 3: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ CÁC BỘ LỌC SIÊU 
CAO TẦN ĐA BĂNG VỚI CÁC CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG ĐỀ 
XUẤT 
 Kết luận: Những đóng góp mới của luận án, hướng phát triển nghiên cứu. 
4 
Chương 1 
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN 
ĐA BĂNG 
1.1. Tổng quan về bộ lọc siêu cao tần đa băng 
1.1.1. Giới thiệu chung về bộ lọc siêu cao tần đa băng 
Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, bộ lọc tần số đóng vai trò quan 
trọng với chức năng chọn lọc tần số hoạt động. Đối với hệ thống thông tin vô 
tuyến hoạt động ở dải siêu cao tần, bộ lọc siêu cao tần thu/phát là khối nằm 
cạnh khối ăng-ten. 
Hình 1.1. Sơ đồ khối rút gọn hệ thống thông tin vô tuyến siêu cao tần. 
Hiện nay phương pháp sử dụng kết cấu mạch dải, nhất là mạch dải không 
đối xứng (microstrip) đang là xu hướng phát triển. 
1.1.2. Các phương pháp thiết kế bộ lọc siêu cao tần đa băng 
1) Phương pháp dựa trên các lý thuyết thiết kế bộ lọc kinh điển. 
2) Phương pháp sử dụng các điểm không truyền dẫn. 
3) Phương pháp sử dụng bộ cộng hưởng đa chế độ. 
4) Phương pháp nối tầng các bộ lọc độc lập. 
1.2. Tổng hợp, đánh giá khái quát các nghiên cứu về bộ lọc siêu cao tần đa 
băng 
1.2.1. Các nghiên cứu về bộ lọc siêu cao tần đa băng 
 Các nghiên cứu về bộ lọc hai băng. 
Bộ lọc 
thu 
Khuếch đại 
cao tần 
Lọc siêu cao tần 
Ăng-ten 
Bộ 
trộn 
Bộ lọc 
thông dải 
Bộ lọc 
phát 
Khuếch đại 
công suất 
Bộ lọc 
thông dải 
Bộ 
trộn 
Xử 
lý 
tín 
hiệu 
Ngoại 
sai 
5 
 Các nghiên cứu về bộ lọc ba băng. 
 Các nghiên cứu về bộ lọc bốn băng. 
1.2.2. Nhận xét chung 
Nhiều phương án đã đem lại các kết quả ngày một hoàn thiện, tuy nhiên 
qua tổng hợp và đánh giá một số công trình tiêu biểu, các nghiên cứu chưa tập 
trung vào khả năng thiết lập và điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các băng 
tần một cách độc lập và đơn giản. 
1.3. Hướng nghiên cứu của luận án 
Hướng tập trung của luận án là nghiên cứu, đề xuất các cấu trúc cộng 
hưởng đa chế độ mới có khả năng đơn giản và độc lập trong thiết lập và 
điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các băng tần sử dụng thiết kế, chế tạo 
bộ lọc siêu cao tần đa băng. 
1.4. Tiêu chí chung các bộ lọc siêu cao tần đa băng đề xuất 
- Các băng tần cho các công nghệ: trong dải quy định 4G (1,8GHz), 
WLAN (2,4GHz, 5GHz), WiMAX (3,5GHz); hoặc trong dải lựa chọn từ 5GHz 
đến 6GHz cho WLAN hoặc WiMAX. 
- Trong các băng tần -3dB ≥100MHz, IL≤ 3dB, RL≥14dB. 
- Rogers RO4003 εr=3,55, h=0,813mm, t=0,035mm, tanδ=0,0027. 
1.5. Kết luận Chương 1 
Chương 1 đã trình bày tổng quan về bộ lọc siêu cao tần đa băng, các 
phương pháp cơ bản để thiết kế bộ lọc siêu cao tần đa băng đã được tổng hợp 
và đánh giá khái quát qua các tài liệu nghiên cứu. Đề xuất hướng nghiên cứu 
của luận án, xây dựng tiêu chí chung. 
6 
Chương 2 
XÂY DỰNG CÁC CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG THIẾT KẾ BỘ LỌC 
SIÊU CAO TẦN ĐA BĂNG 
2.1. Các cấu trúc cộng hưởng cơ bản 
2.1.1. Bộ cộng hưởng ½ bước sóng 
Hình 2.1. Đoạn đường truyền mạch vi dải hở mạch đầu cuối. 
Tần số cộng hưởng: 
effL
c
f
02
2.1.2. Bộ cộng hưởng dây chêm hở mạch 
Hình 2.2. Cấu trúc của bộ cộng hưởng dây chêm hở mạch. 
Tần số cộng hưởng chế độ lẻ: 
effA
o
L
c
f
2
 , chế độ chẵn: 
effBA
e
LL
c
f
)2( 
2.1.3. Bộ cộng hưởng dây chêm ngắn mạch 
Hình 2.3. Phân tích cấu trúc dây chêm ngắn mạch theo chế độ chẵn, lẻ: (a) cấu trúc dây 
chêm ngắn mạch; (b) chế độ lẻ; (c) chế độ chẵn. 
Tần số cộng hưởng chế độ lẻ: 
effA
o
L
c
f
2
 , chế độ chẵn: 
effBA
e
LL
c
f
)2(2 
2.1.4. Bộ cộng hưởng chữ thập 
Tần số cộng hưởng chế độ lẻ: 
effA
o
L
c
f
2
 . 
Z0 
L0 
Zin ZL 
0 
0’ 
Z1 
Z2 LB 
LA 
Z1 
LA/2 
(b) 
Z1 
LB 
LA/2 
2Z2 
(c) 
0 
0’ 
Z1 
Z2 LB 
LA 
(a) 
7 
Tần số cộng hưởng chế độ chẵn: 
effBA
e
LL
c
f
)2(2
1
 ; 
effCA
e
LL
c
f
)2(
2
Hình 2.4. Phân tích cấu trúc chữ thập: (a) cấu trúc chữ thập; (b) chế độ lẻ; (c) chế độ chẵn; 
(d) chế độ chẵn 1; (e) chế độ chẵn 2. 
2.1.5. Nhận xét chung 
Các cấu trúc cộng hưởng cơ bản được trình bày ở trên có khả năng độc lập trong 
việc thiết lập và điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các băng tần. 
2.2. Xây dựng cấu trúc cộng hưởng mới từ các cấu trúc cộng hưởng cơ bản 
thiết kế bộ lọc siêu cao tần đa băng 
2.2.1. Thiết kế bộ lọc siêu cao tần ba băng sử dụng cấu trúc kết hợp cộng hưởng 
½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch 
Hình 2.5. Cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch. 
Tần số cộng hưởng đoạn mạch đường truyền ½ bước sóng: 
effL
c
f


02
Tần số cộng hưởng dây chêm ngắn mạch: 
effA
o
L
c
f
2
 ; 
effBA
e
LL
c
f
)2(2 
0 
LB 
(c) 
0’ 
Z1 
Z2 
LB 
LA 
LC Z3 
(a) 
Z1 
LA/2 
Z1 
LA/2 
2Z3 LC 
(b) 
Z1 
LB 
Z1 
LA/2 
2Z3 LC 
(e) (d) 
2Z2 
2Z2 
Zin,o Zin,e 
Zin,e1 Zin,e2 
LA/2 
Vào 
Z1 LA 
Z2 LB 
0-0’ 
L0=λg/2 
Ra 
 d 
W0 
W1 
W2 
8 
Bảng 2.1. So sánh số liệu mô phỏng với số liệu tính toán lý thuyết. 
Tần số 
cộng hưởng 
Độ dài 
Tính toán lý 
thuyết (mm) 
Kết quả mô phỏng 
(mm) 
fo=2,4GHz LA 37,51 37,70 
fe=1,8GHz LB 6,25 6,36 
fλ=3,5GHz L0 25,72 26,01 
Hình 2.6. Kết quả mô phỏng giá trị /S21/ của bộ lọc khi thay đổi giá trị khoảng cách d. 
2.2.2. Thiết kế bộ lọc siêu cao tần ba băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ 
thập biến đổi 
Hình 2.7. Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi: 
(a) Cấu trúc chữ thập cơ bản; (b) Biến đổi đoạn dây chêm hở mạch LC thành vòng vuông; 
(c) Di chuyển vòng vuông lên trên. 
Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi có ba tần số cộng hưởng: 
effA
o
L
c
f
2
 ; 
effBA
e
LL
c
f
)2(2
1
 ; 
effCA
e
LL
c
f
)2(
2
Z2 
LC 
LC 
LB 
2Z3 
0’ 
0 
Z1 
Z2 
LA 
(c) 
2Z3 
Z2 
(b) 
0 
Z1 
LB 
LA 
0’ 
0 
LB 
Z3 LC 
(a) 
Z1 LA 
0’ 
W1 
W2 
W3
’ W3 
9 
Bảng 2.2. So sánh So sánh số liệu mô phỏng với số liệu tính toán lý thuyết. 
Tần số 
cộng hưởng 
Độ dài 
Tính toán lý 
thuyết (mm) 
Kết quả mô phỏng 
(mm) 
fo=2,4GHz LA 37,51 37,70 
fe1=1,8GHz LB 6,25 6,36 
fe2=3,5GHz LC 6,97 7,24 
Hình 2.8. Kết quả mô phỏng các giá trị /S21/ của ba cấu trúc cộng hưởng chữ thập. 
2.2.3. Thiết kế bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc kết hợp cộng 
hưởng chữ thập biến đổi với cộng hưởng ½ bước sóng 
. 
Hình 2.9. Cấu trúc kết hợp cộng hưởng chữ thập biến đổi với cộng hưởng ½ bước sóng. 
Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi có ba tần số cộng hưởng fo, fe1, fe2. 
Cấu trúc cộng hưởng ½ bước sóng tần số cộng hưởng thứ tư 
effL
c
f


02
 . 
Z1 LA 
2Z3 LC 
Z2 LB 
0-0’ 
L0=λg/2 
Vào Ra 
 d 
W0 
W1 
W3 
W2 
10 
Hình 2.10. Kết quả mô phỏng giá trị /S21/ của bộ lọc khi thay đổi giá trị khoảng cách d. 
2.2.4. Thiết kế bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ 
thập biến đổi thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch 
. 
Hình 2.11. Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch. 
Tần số cộng hưởng thứ tư do thêm đoạn mạch dây chêm: 
effDA
e
LL
c
f
)2(
3
2.3. Kết luận Chương 2 
Chương 2 trình bày các kết quả nghiên cứu, phân tích về các cấu trúc cộng 
hưởng cơ bản có khả năng độc lập trong việc thiết lập và điều chỉnh các tần số 
cộng hưởng của các băng tần. Dựa trên các cấu trúc cộng hưởng cơ bản, đề xuất 
bốn cấu trúc cộng hưởng mới có khả năng điều chỉnh tần số độc lập. 
W4 
Z3 
W3 
LC 
0 
Z1 
Z2 LB 
LA 
Z4 LD 
0’ 
Vào Ra W1 
W2 
11 
Chương 3 
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ CÁC BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN 
ĐA BĂNG VỚI CÁC CẤU TRÚC CỘNG HƯỞNG ĐỀ XUẤT 
3.1. Cơ sở thiết kế, mô phỏng các bộ lọc siêu cao tần đa băng 
Bộ lọc siêu cao tần đa băng được thiết kế, mô phỏng và chế tạo dựa trên 
bốn cấu trúc cộng hưởng mới đề xuất trong Chương 2. Hai cấu trúc cộng hưởng 
được sử dụng cho thiết kế bộ lọc siêu cao tần ba băng và hai cấu trúc cộng 
hưởng cho bộ lọc siêu cao tần bốn băng. 
Các bộ lọc được thiết kế có theo các tiêu chí kỹ thuật chung: 
- Các băng tần cho các công nghệ: trong dải quy định 4G (1,8GHz), 
WLAN (2,4GHz, 5GHz), WiMAX (3,5GHz); hoặc trong dải lựa chọn từ 5GHz 
đến 6GHz cho WLAN hoặc WiMAX. 
- Trong các băng tần -3dB ≥100MHz, IL≤ 3dB, RL≥14dB. 
- Rogers RO4003 εr=3,55, h=0,813mm, t=0,035mm, tanδ=0,0027. 
3.2. Bộ lọc siêu cao tần ba băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng kết hợp cộng 
hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch 
3.2.1. Thiết kế, mô phỏng 
Bộ lọc siêu cao tần ba băng được thiết kế với các tần số trung tâm của các 
băng tần là 1,8GHz, 2,4GHz và 3,5GHz. Bộ lọc sử dụng cấu trúc cộng hưởng 
kết hợp cộng hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch. 
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc bộ lọc ba băng với cấu trúc cộng hưởng kết hợp cộng hưởng ½ 
bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch. 
Theo thiết kế, trên mô hình cấu trúc của bộ lọc có hai cổng vào/ra được 
phối hợp trở kháng 50 với các giá trị các giá trị L10 và W0. 
Vào 
S1 
L1 
L7 
L8 
L5 
W1 
W3 
L6 L2 L3 
L4 
W2 
S2 
S3 
L10 
L9 
W0 
Ra 
12 
Đoạn mạch chính LA=L1+L2+L3+L4+L5 trên cấu trúc cộng hưởng dây chêm 
ngắn mạch quyết định tần số cộng hưởng băng thứ hai fo=2,4GHz. 
Độ dài của đoạn dây chêm ngắn mạch LB=L6 trong cấu trúc cộng hưởng 
dây chêm ngắn mạch quyết định tần số cộng hưởng băng tần thứ nhất 
fe1=1,8GHz. 
Cấu trúc cộng hưởng ½ bước sóng bên ngoài L0=L7+L8+L9 tạo ra tần số 
cộng hưởng băng tần thứ ba fλ=3,5GHz hoàn toàn độc lập. 
Bảng 3.1. Giá trị các tham số vật lý của bộ lọc siêu cao tần ba băng với cấu trúc cộng hưởng 
kết hợp cộng hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch. 
Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) 
L1 9 L7  ... ều lớn hơn 25dB. Cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi có khả 
năng phát triển tiếp thành cấu trúc cộng hưởng mới cho bộ lọc bốn băng. 
3.4. Bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ 
bước sóng với cộng hưởng chữ thập biến đổi 
3.4.1. Thiết kế, mô phỏng 
Bộ lọc sử dụng cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng 
chữ thập biến đổi với các tần số là 2,4GHz, 3,5GHz, 5,0GHz và 5,6GHz. 
Hình 3.5. Mô hình cấu trúc bộ lọc bốn băng với cấu trúc cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ 
bước sóng với cộng hưởng chữ thập biến đổi. 
Vào 
S1 
L1 
L7 
L8 
L
W2 
W1 
L6 L2 L3 
L
W2 
SSL13 
L9 
W0 Ra 
L1
L12 
L11 W4 
W3 
S4 
16 
Theo thiết kế, trên mô hình cấu trúc của bộ lọc có hai cổng vào/ra được 
phối hợp trở kháng 50 với các giá trị L13 và W0. 
Đoạn mạch chính LA=L1+L2+L3+L4+L5 trên cấu trúc cộng hưởng chữ thập 
biến đổi quyết định giá trị tần số cộng hưởng băng thứ hai fo=3,5GHz. 
Độ dài của đoạn dây chêm ngắn mạch LB=L6 được sử dụng để lựa chọn và 
điều chỉnh giá trị tần số cộng hưởng băng tần thứ nhất fe1=2,4GHz. 
Độ dài ½ vòng vuông trên cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi bằng 
LC=L11+2L12 quyết định giá trị tần số cộng hưởng fe2=5GHz. 
Cấu trúc cộng hưởng ½ bước sóng bên ngoài L0=L9+L10+L11+L12 quyết 
định tần số cộng hưởng băng tần thứ tư fλ=5,6GHz. 
Bảng 3.5. Giá trị các tham số vật lý của bộ lọc siêu cao tần bốn băng cấu trúc kết hợp cộng 
hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng chữ thập biến đổi. 
Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) 
L1 9,8 L9 12,1 W3 0,28 
L2 5,5 L10 3,9 W4 1 
L3 4,7 L11 3,05 S0 0,2 
L4 6,5 L12 3,1 S1 0,15 
L5 4,1 L13 7,3 S2 0,6 
L6 3,3 W0 1,78 S3 0,5 
L7 5,01 W1 1,2 
L8 11,79 W2 0,5 
Đường kính của đoạn ngắn mạch d=0,5mm, kích thước vật lý của bộ lọc là 
18,56mm x 22,48mm. 
Hình 3.6. Đặc tuyến tần số của bộ lọc bốn băng đề xuất. 
17 
Bảng 3.6. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ lọc bốn băng được thiết kế. 
Thông số kỹ thuật Đơn vị Băng 1 Băng 2 Băng 3 Băng 4 
Tần số trung tâm (f0) GHz 2,4 3,5 5 5,6 
Tổn hao chèn (IL) dB 1,57 2,05 2,27 1,39 
Tổn hao phản hồi (RL) dB 22,4 15,5 25,4 24,1 
Băng thông (BW) MHz 101 100 170 400 
Băng thông hiệu dụng (FBW) % 4,2 2,9 3,4 6,9 
Hệ số phẩm chất ngoài (Qe) f0/ f-3dB 23,7 35 29,4 14,5 
Độ chọn lọc tần số (K) -3dB / -20dB 0,47 0,45 0,58 0,15 
3.4.2. Đánh giá 
Bộ lọc siêu cao tần sử dụng cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ bước sóng với cộng 
hưởng chữ thập biến đổi đã tạo ra bốn băng tần độc lập với các tần số cộng hưởng 
trung tâm 2,4GHz, 3,5GHz, 5GHz và 5,6GHz. Các tần số cộng hưởng trung tâm của 
các băng tần được thiết lập và điều chỉnh hoàn toàn độc lập. Các chỉ tiêu kỹ thuật 
chính của bộ lọc đều đạt so với yêu cầu thiết kế, riêng băng tần thứ tư với tần số cộng 
hưởng trung tâm fλ quá rộng do khó điều chỉnh. Hạn chế của cấu trúc này là việc điều 
chỉnh dải thông của các băng tần phức tạp, đặc biệt là băng thứ tư do ảnh hưởng của 
việc ghép kết hợp giữa hai cấu trúc cộng hưởng. 
3.5. Bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ thập 
biến đổi thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch 
3.5.1. Thiết kế, mô phỏng 
Bộ lọc được thiết kế sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi thêm 
một đoạn dây chêm ngắn mạch có bốn tần số cộng hưởng trung tâm fe1, fo, fe2 fe3. 
Hình 3.7. Mô hình cấu trúc bộ lọc bốn băng với cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi 
thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch. 
Ra 
S1 
W0 Vào 
L1 
L7 
L8 
L5 
W1 
W3 
L6 
L2 
L3 
L4 
W2 
S0 
S2 
S3 
S4 
L10 L0 
L9 W4 
18 
Hai cổng vào/ra được phối hợp trở kháng 50 với các giá trị L10 và W0. 
Đoạn mạch chính trong cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi 
LA=L1+L2+L3+L4 quyết định tần số cộng hưởng băng hai fo=2,4GHz. 
Khi tần số fo đã được lựa chọn, độ dài đoạn dây chêm ngắn mạch LB trong 
cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi sẽ được dùng để lựa chọn giá trị tần số 
cộng hưởng thứ nhất fe1=1,8GHz. Trong cấu trúc, giá trị độ dài L7 được sử dụng 
để lựa chọn và điều chỉnh tần số cộng hưởng fe1. 
Độ dài ½ vòng vuông trong cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi LC 
quyết định giá trị tần số cộng hưởng thứ tư fe2=5GHz. Theo thiết kế LC=L8+2L9, 
độ dài L9 được sử dụng để lựa chọn và điều chỉnh tần số fe2. 
Đoạn dây chêm hở mạch được thêm vào có độ dài LD=L5+ L6 quyết định 
giá trị của tần số cộng hưởng thứ ba fe3=3,5GHz. Độ dài L5 được sử dụng để 
điều chỉnh tần số fe3. 
Các tham số W0, W1, W2, W3 và W4 được sử dụng để điều chỉnh trở kháng 
đặc tính của các đoạn mạch. Các tham số S0, S1, S2, S3 và S4 là các hệ số ghép 
điện dung trên cấu trúc, được sử dụng để điều chỉnh đặc tính của các băng tần 
bộ lọc thiết kế. 
Với phương án thiết kế như vậy, việc thiết lập và điều chỉnh các tần số 
cộng hưởng trung tâm của ba băng tần cũng sẽ đơn giản và độc lập. 
Bảng 3.7. Giá trị các tham số vật lý của bộ lọc siêu cao tần bốn băng cấu trúc cộng hưởng 
chữ thập biến đổi thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch. 
Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) Tham số Giá trị (mm) 
L0 8,5 L7 2,3 W3 0,45 
L1 13,2 L8 2,1 W4 1 
L2 6 L9 3,6 S0 0,17 
L3 8,5 L10 10,1 S1 0,17 
L4 10,7 W0 1,78 S2 0,14 
L5 6,3 W1 1 S3 1,8 
L6 5,1 W2 0,75 S4 1,5 
Đường kính của đoạn ngắn mạch có giá trị d=0,5mm, kích thước vật lý của 
bộ lọc là 18,56mm x 22,48mm. 
Bộ lọc siêu cao tần bốn băng tần có các thông số kỹ thuật cơ bản trình bày 
trong Bảng 3.8: 
19 
Bảng 3.8. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ lọc bốn băng được thiết kế. 
Thông số kỹ thuật Đơn vị Băng 1 Băng 2 Băng 3 Băng 4 
Tần số trung tâm (f0) GHz 1,8 2,4 3,5 5 
Tổn hao chèn (IL) dB 1,39 1,07 1,71 2,96 
Tổn hao phản hồi (RL) dB 30,34 23,75 21,70 27,67 
Băng thông (BW) MHz 109 168 120 120 
Băng thông hiệu dụng (FBW) % 6,06 7,00 3,43 2,40 
Hệ số phẩm chất ngoài (Qe) f0/ f-3dB 16,51 14,28 29,17 41,67 
Độ chọn lọc tần số (K) -3dB / -20dB 0,29 0,31 0,28 0,22 
Hình 3.8. Đặc tuyến tần số của bộ lọc bốn băng đề xuất. 
3.5.2. Đánh giá 
Bộ lọc siêu cao tần với cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi thêm một 
đoạn dây chêm ngắn mạch đã tạo ra bốn băng tần với các tần số cộng hưởng 
trung tâm 1,8GHz, 2,4GHz, 3,5GHz và 5GHz. Các tần số cộng hưởng trung 
tâm của các băng tần được thiết lập và điều chỉnh hoàn toàn độc lập. Các chỉ 
tiêu kỹ thuật chính của bộ lọc đều vượt trội vượt trội so với yêu cầu thiết kế. Cả 
bốn băng tần của bộ lọc đều có giá trị tuyệt đối hệ số tổn hao chèn nhỏ hơn 
2dB, hệ số phản hồi lớn hơn 20dB. Hệ số chế áp ngoài dải lớn hơn 30dB. 
3.6. So sánh, đánh giá các sản phẩm chế tạo 
Bốn mô hình cấu trúc cộng hưởng mới sử dụng thiết kế bộ lọc siêu cao tần 
đa băng được chế tạo thành các sản phẩm thực tế để so sánh, đánh giá kiểm tra 
kết quả nghiên cứu tính toán. 
20 
3.6.1. Bộ lọc siêu cao tần ba băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng kết hợp cộng 
hưởng ½ bước sóng với cộng hưởng dây chêm ngắn mạch 
Hình 3.9. Sản phẩm chế tạo và giá trị /S21/. 
3.6.2. Bộ lọc siêu cao tần ba băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến 
đổi 
Hình 3.10. Sản phẩm chế tạo và giá trị /S21/. 
3.6.3. Bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc kết hợp cộng hưởng ½ bước 
sóng với cộng hưởng chữ thập biến đổi 
Hình 3.11. Sản phẩm chế tạo và giá trị /S21/. 
21 
3.6.4. Bộ lọc siêu cao tần bốn băng sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi 
thêm một đoạn dây chêm ngắn mạch 
Hình 3.12. Sản phẩm chế tạo và giá trị /S21/. 
3.7. So sánh, đánh giá các cấu trúc cộng hưởng mới đề xuất 
Bảng 3.9. Tổng hợp so sánh, đánh giá các cấu trúc cộng hưởng đề xuất. 
TT 
Cấu trúc 
cộng hưởng 
Đặc điểm 
1 
Bộ lọc siêu cao tần 
ba băng sử dụng 
cấu trúc cộng 
hưởng kết hợp 
cộng hưởng ½ 
bước sóng với cộng 
hưởng dây chêm 
ngắn mạch. 
- Bộ lọc được thiết kế có ba tần số cộng hưởng trung tâm của ba 
băng tần được thiết lập và điều chỉnh độc lập. 
- Điều chỉnh đặc tính của các dải thông thông qua hệ số ghép giữa 
hai cấu trúc cộng hưởng và ghép nghiêng 0o. 
- Cấu trúc kết hợp ghép giữa hai cấu trúc cộng hưởng nên phải phụ 
thuộc kích thước vật lý trong một khoảng nhất định. 
- Do cấu trúc bên ngoài là cộng hưởng ½ bước sóng nên xuất hiện 
nhiều hài có thể ảnh hưởng đến đặc tính tần số của bộ lọc. 
2 
Bộ lọc siêu cao tần 
ba băng sử dụng 
cấu trúc cộng 
hưởng chữ thập 
biến đổi. 
- Bộ lọc được thiết kế có ba tần số cộng hưởng trung tâm của ba 
băng tần được thiết lập và điều chỉnh độc lập. 
- Điều chỉnh đặc tính của các dải thông thông qua ghép nghiêng 0o. 
- Cấu trúc cộng hưởng có thể phát triển tiếp cho bộ lọc bốn băng. 
3 
Bộ lọc siêu cao tần 
bốn băng sử dụng 
cấu trúc kết hợp 
cộng hưởng ½ 
bước sóng với cộng 
hưởng chữ thập 
biến đổi. 
- Bộ lọc được thiết kế có bốn tần số cộng hưởng trung tâm của bốn 
băng tần được thiết lập và điều chỉnh độc lập. 
- Điều chỉnh đặc tính của các dải thông thông qua hệ số ghép giữa 
hai cấu trúc cộng hưởng và ghép nghiêng 0o. 
- Cấu trúc kết hợp ghép giữa hai cấu trúc cộng hưởng nên phải phụ 
thuộc kích thước vật lý trong một khoảng nhất định. 
- Do cấu trúc bên ngoài là cộng hưởng ½ bước sóng nên xuất hiện 
nhiều hài có thể ảnh hưởng đến đặc tính tần số của bộ lọc đa băng. 
4 
Bộ lọc siêu cao tần 
bốn băng sử dụng 
cấu trúc cộng 
hưởng chữ thập 
biến đổi thêm một 
đoạn dây chêm 
ngắn mạch. 
- Bộ lọc được thiết kế có bốn tần số cộng hưởng trung tâm của bốn 
băng tần được thiết lập và điều chỉnh độc lập. 
- Điều chỉnh đặc tính của các dải thông thông qua ghép nghiêng 0o. 
22 
3.8. Giải pháp thực hiện thiết kế, chế tạo các bộ lọc siêu cao tần đa băng có 
khả năng thiết lập và điều chỉnh tần số cộng hưởng độc lập 
Kết quả nghiên cứu của luận án đã đề xuất được bốn cấu trúc cộng hưởng 
mới sử dụng thiết kế, chế tạo bộ lọc siêu cao tần đa băng. Hai cấu trúc cộng 
hưởng sử dụng cho bộ lọc siêu cao tần ba băng, hai cấu trúc cộng hưởng sử 
dụng cho bộ lọc siêu cao tần bốn băng. 
Qua quá trình thiết kế, mô phỏng, chế tạo và đánh giá các bộ lọc siêu cao 
tần đa băng với các cấu trúc cộng hưởng mới đề xuất, giải pháp thực hiện được 
tổng hợp thành quy trình thiết kế, chế tạo đối với các cấu trúc cộng hưởng. 
3.9. Kết luận Chương 3 
Chương 3 đã trình bày các kết quả thiết kế, mô phỏng và đánh giá về bốn 
bộ lọc siêu cao tần đa băng sử dụng các cấu trúc cộng hưởng mới. Các kết quả 
nghiên cứu được chế tạo thực tế để kiểm tra, so sánh. Ưu điểm nổi bật của các 
bộ lọc được đề xuất là có khả năng đơn giản và độc lập trong việc thiết lập và 
điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các băng tần. Hạn chế còn tồn tại là kích 
thước của bộ lọc thiết kế còn lớn, chỉ tiêu kỹ thuật chính của bộ lọc còn chưa 
phải là tốt nhất (Hệ số tổn hao chèn, hệ số tổn hao phản hồi, hệ số phẩm chất 
ngoài). 
23 
KẾT LUẬN 
1. Về kết quả nghiên cứu 
Luận án đã trình bày các kết quả nghiên cứu, thiết kế các cấu trúc cộng 
hưởng mới trên kết cấu mạch dải không đối xứng, sử dụng để thiết kế, chế tạo 
các bộ lọc siêu cao tần có nhiều băng. Bốn cấu trúc cộng hưởng mới sử dụng 
thiết kế bộ lọc siêu cao tần được đề xuất trong nội dung của luận án (hai cấu 
trúc cho bộ lọc ba băng, hai cấu trúc cho bộ lọc bốn băng). Sử dụng các cấu trúc 
cộng hưởng này trong thiết kế các bộ lọc siêu cao tần đa băng đem lại ưu điểm 
nổi bật là khả năng đơn giản và độc lập trong thiết lập, điều chỉnh các tần số 
cộng hưởng trung tâm của các băng tần. Các cấu trúc đề xuất đã được nghiên 
cứu từ lý thuyết cơ bản, tính toán, mô phỏng để kiểm chứng và đánh giá kết 
quả. Các kết quả nghiên cứu cũng đã được chế tạo thử nghiệm thành các sản 
phẩm thực tế để kiểm tra và so sánh. Kết quả nghiên cứu của luận án có tính 
mới, tính khoa học và có nhu cầu cần thiết trong thực tiễn. 
2. Về đóng góp mới của luận án 
Luận án của nghiên cứu sinh đã có những đóng góp khoa học mới bao 
gồm: 
(1) Đề xuất giải pháp mới trong thiết kế, chế tạo các bộ lọc siêu cao tần 
nhiều băng có khả năng đơn giản và độc lập trong việc thiết lập và điều chỉnh 
các tần số cộng hưởng của các băng tần. 
(2) Đề xuất được bốn cấu trúc cộng hưởng mới có khả năng đơn giản và 
độc lập trong việc thiết lập và điều chỉnh các tần số cộng hưởng của các băng 
tần (Cấu trúc cộng hưởng kết hợp cộng hưởng nửa bước sóng với cộng hưởng 
dây chêm ngắn mạch cho bộ lọc ba băng; cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến 
đổi cho bộ lọc ba băng; cấu trúc kết hợp cộng hưởng nửa bước sóng với cộng 
hưởng chữ thập biến đổi cho bộ lọc bốn băng; cấu trúc cộng hưởng chữ thập 
biến đổi thêm một đoạn dây chêm hở mạch cho bộ lọc bốn băng). 
24 
3. Một số kiến nghị và hướng ứng dụng, nghiên cứu tiếp 
Trên cơ sở những kết quả đóng góp trong luận án, hướng ứng dụng, phát 
triển nghiên cứu tiếp theo có một số đề xuất như sau: 
 Sử dụng các mô hình toán học (như Butterworth, Chebyshew, Cauer,...) để 
nghiên cứu, đề xuất phương pháp thiết kế, tính toán đặc tính tần số của các 
dải thông trong bộ lọc siêu cao tần đa băng. 
 Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng chọn lọc tần số cho bộ 
lọc siêu cao tần đa băng. 
25 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 
[1] Nguyen Tran Quang, Doan Minh Tan, Ta Chi Hieu, “Design of ultra-
wideband bandpass filters with narrow notched bands using a ring resonator” , 
Chuyên san Công nghệ thông tin và truyền thông, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 
số 4, trang 96-109, tháng 4/2014. 
[2] Nguyễn Trần Quang, Đoàn Minh Tân, Vũ Hoàng Gia, “Compact Microstrip 
Ultra-wideband Bandpass Filters with Narrow Notched Band Based on a Ring 
Resonator”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự, Đặc san TĐH, 
Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, trang 137-145, tháng 4/2014. 
[3] MinhTan Doan, TranQuang Nguyen, T.HongTham Tran, DucUyen Nguyen, 
“A method to design tri-band bandpass filter for WLAN and WiMAX 
applications”, Kỷ yếu Hội thảo quốc tế Việt-Nhật về anten và truyền sóng, trang 
257-260, tháng 01/2014. 
[4] MinhTan Doan, TranQuang Nguyen, HaiNam Le, “Miniaturized tri-band 
bandpass filter using modified triple-mode resonators with multiple 
transmission zeros”, Kỷ yếu Hội thảo về công nghệ viễn thông quốc tế ATC 
2013, trang 697-699, tháng 10/2013. 
[5] TranQuang Nguyen, MinhTan Doan, HieuChi Ta, “Tri-band Bandpass 
Filter Using Two Short Stubs and An Open Stub Loaded Resonator ”, Kỷ yếu 
Hội thảo về công nghệ viễn thông quốc tế ATC 2013, trang 492-495, tháng 
10/2013. 
[6] VanDo Phuong, DucUyen Nguyen, TranQuang Nguyen, MinhTan Doan, 
“Quad-band bandpass filter using square ring cross stub loaded resonators”, Kỷ 
yếu Hội thảo về công nghệ viễn thông quốc tế ATC 2016, trang 468-471, tháng 
10/2016. 
 [7] Nguyễn Trần Quang, Bùi Ngọc Mỹ, “Bộ lọc bốn băng thông mạch dải kích 
thước nhỏ sử dụng cấu trúc cộng hưởng chữ thập biến đổi kết hợp với cộng 
hưởng ½ bước sóng”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự, 
Viện KHCNQS, số 47, 02/2017. 
[8] Nguyễn Trần Quang, Bùi Ngọc Mỹ, “Microstrip quad-band bandpass filter 
using a modified cross and an open stub resonator”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa 
học và Công nghệ Quân sự, Viện KHCNQS, số 48, 4/2017.