Modeling of bandpass filters with attenuation poles using parallel coupling channels

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorShevtsov, Кostyantyn О.
dc.contributor.authorGalitskiy, Ilya I.
dc.date.accessioned2025-04-09T12:35:00Z
dc.date.available2025-04-09T12:35:00Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractBackground. Microwave filters are critical components in modern communication systems, playing a fundamental role in signal processing by allowing specific frequency bands to pass while attenuating unwanted frequencies. Over the years, significant advancements have been made in the design and development of various types of microwave filters, including directional, microstrip, and multi-resonator filters. These filters are widely used in radar, satellite communications, and wireless networks, where high performance and precise frequency control are essential. Objective. This paper is dedicated to reviewing various microwave filters that were constructed developed or analysed by the team, including directional filters, microstrip filters with attenuation poles, and multi-resonator filters. The studies focus on investigating their unique properties, such as the formation of attenuation poles, metamaterial characteristics, and the effects of resonator coupling on filter performance. New Python-based software realization for modelling different filters six resonators, four resonators, and two resonators were developed and frequently used. Methods. Electrodynamics simulations using software tools like CST Studio Suite, AWR Microwave Office, and LabVIEW, modelling filters using equivalent circuit models and bridge circuits. Use of microstrip lines, circular resonators, and dielectric resonators to construct and analyse different filter configurations. Analysis of energy propagation paths, resonator coupling, and transmission characteristics to optimize filter design. Results: Various structures were researched like Microwave Directional Filters, Microstrip Resonator Filters with 2, 4, 6 resonator, their structures and characteristics were analysed, New python-based software that allows modelling resonance curves using corresponding parameters for filters with 2, 4, 6 resonators. The parameters of the scattering matrix of a bridge quadrupole were expressed in an analytical form and were used for Python based program. Conclusions: the research presented across these publications contributes significantly to the development and understanding of advanced microwave filter designs. The article reveals various resonator-based filters, including directional, microstrip, and multi-resonator filters, these studies have highlighted key performance enhancements achievable through resonator coupling, metamaterial properties, and the introduction of attenuation poles. The use of advanced simulation tools, such as CST Studio Suite, AWR Microwave Office, and LabVIEW, allowed for accurate modelling and validation of theoretical designs. The introduction of Fano resonances and trapped modes in filters demonstrated improvements in selectivity and attenuation characteristics, which are critical for modern communication systems. Trapped modes manifest as attenuation poles, resulting from the interference of even and odd oscillations. This is evidenced by the presence of two independent energy pathways, along which these interfering oscillations propagate. With appropriate design parameters (such as resonator coupling coefficients and resonance frequencies), a complete energy exchange between resonators can occur at a certain frequency, in a direction perpendicular to the primary energy flow from input to output. The design and properties of directional filters based on circular resonators and dielectric resonators were described. These filters have "metamaterial" properties and are widely used in modern microwave technology. The characteristics of bandpass and rejector filters, as well as the characteristics of the filters formed by two microstrip resonators and resonators connected to each other, are given. It is important to emphasize the phenomena of "Fano resonances" observed in these filters, which arise as the interference of oscillations from individual resonators.
dc.description.abstractotherПроблематика. Мікрохвильові фільтри є критичними компонентами сучасних комунікаційних систем, вони відіграють основну роль у обробці сигналів, пропускаючи певні смуги частот і придушуючи небажані частоти. Протягом багатьох років досягнуто значних успіхів в розробці різних типів мікрохвильових фільтрів, включаючи напрямні, мікросмужкові та багаторезонаторні фільтри. Ці фільтри широко застосовуються в радарах, супутникових комунікаціях та бездротових мережах, де важлива висока продуктивність і точний контроль частот. Мета досліджень. Ця стаття присвячена огляду різних мікрохвильових фільтрів, створених, розроблених або досліджених командою, включаючи напрямні фільтри, мікросмужкові фільтри з полюсами затухання та багаторезонаторні фільтри. Дослідження зосереджуються на вивченні їх унікальних властивостей, таких як формування полюсів затухання, характеристики метаматеріалів та вплив зв'язку резонаторів на продуктивність фільтра. Була розроблена нова програмна реалізація на основі Python для моделювання різних фільтрів із шістьма, чотирма та двома резонаторами, яка часто використовувалася. Методика реалізації. Електродинамічні симуляції за допомогою таких програмних засобів, як CST Studio Suite, AWR Microwave Office та LabVIEW, моделювання фільтрів за допомогою еквівалентних схем та мостових схем. Використання мікросмужкових ліній, круглих резонаторів і діелектричних резонаторів для створення та аналізу різних конфігурацій фільтрів. Аналіз шляхів розповсюдження енергії, зв'язку резонаторів та характеристик передачі для оптимізації конструкції фільтра. Результати досліджень. Було досліджено різні структури, такі як мікрохвильові напрямні фільтри, мікросмужкові резонаторні фільтри з 2, 4, 6 резонаторами, проаналізовано їх структури та характеристики. Розроблено нове програмне забезпечення на Python, яке дозволяє моделювати резонансні криві за допомогою відповідних параметрів для фільтрів із 2, 4, 6 резонаторами. Параметри матриці розсіювання мостового квадруполя були виражені в аналітичній формі та використані у програмі на Python. Висновки. Дослідження, представлені в цих публікаціях, значно сприяють розвитку та розумінню сучасних конструкцій мікрохвильових фільтрів. У статті розглянуто різні фільтри на основі резонаторів, включаючи напрямні, мікросмужкові та багаторезонаторні фільтри. Дослідження показали ключові покращення продуктивності, яких можна досягти завдяки зв'язку резонаторів, властивостям метаматеріалів та введенню полюсів затухання. Використання передових інструментів моделювання, таких як CST Studio Suite, AWR Microwave Office та LabVIEW, дозволило точно моделювати та перевіряти теоретичні конструкції. Введення резонансів Фано та запірних модів у фільтри продемонструвало покращення вибірковості та характеристик затухання, що є критичним для сучасних комунікаційних систем. Запірні моди проявляються як полюси затухання, що виникають внаслідок інтерференції парних і непарних коливань. Це підтверджується наявністю двох незалежних шляхів енергії, якими поширюються ці коливання. За відповідних параметрів конструкції (таких як коефіцієнти зв'язку резонаторів і резонансні частоти) можливий повний обмін енергією між резонаторами на певній частоті, у напрямку, перпендикулярному основному потоку енергії від входу до виходу. Опис та властивості напрямних фільтрів на основі круглих резонаторів і діелектричних резонаторів були представлені. Ці фільтри мають властивості метаматеріалів і широко використовуються в сучасній мікрохвильовій техніці. Наведені характеристики смугових і загороджувальних фільтрів, а також характеристики фільтрів, утворених двома мікросмужковими резонаторами та зв'язаними між собою резонаторами. Важливо підкреслити явище резонансів Фано, що спостерігається в цих фільтрах, які виникають як результат інтерференції коливань від окремих резонаторів.
dc.format.pagerangePp. 53-67
dc.identifier.citationShevtsov, Кostyantyn О. Modeling of bandpass filters with attenuation poles using parallel coupling channels / Кostyantyn О. Shevtsov, Ilya I. Galitskiy // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2024. – Vol. 15, N. 2. – Pp. 53-67. – Bibliogr.: 26 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.22024.53-67
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/73309
dc.language.isoen
dc.publisherNational Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofInformation and telecommunication sciences : international research journal, Vol. 15, N. 2
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectmicrowave filters
dc.subjectresonators
dc.subjectattenuation poles
dc.subjectdirectional filters
dc.subjectmicrostrip filters
dc.subjectfano resonances
dc.subjectmetamaterials
dc.subjectelectrodynamics simulation
dc.subjectcircuit modelling
dc.subjectBandpass filters
dc.subjectмікрохвильові фільтри
dc.subjectрезонатори
dc.subjectполюси затухання
dc.subjectнапрямні фільтри
dc.subjectмікросмужкові фільтри
dc.subjectрезонанси Фано
dc.subjectметаматеріали
dc.subjectелектродинамічне моделювання
dc.subjectмоделювання схем
dc.subjectсмугові фільтри
dc.subject.udc621.372
dc.titleModeling of bandpass filters with attenuation poles using parallel coupling channels
dc.title.alternativeМоделювання смугових фільтрів із полюсами затухання за допомогою паралельних каналів зв'язку
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
53-67.pdf
Розмір:
3.59 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 15, N. 2