I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   18 ,   N o .   3 ,  J u n e   20 20 ,   pp .   1375 ~ 1382   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 8 .i 3 . pp 137 5 - 1382             1375       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   D e si g n   o f   d u a l - m o d e   S IR   b a n d p a ss  f i l t e r   b a s e d   o n   s h o r t i n g   p in   f o r   w i r e l e ss   c o m m u n i c a t i o n   a p p l i c a t i o n s       Je n an   A yad ,  M u s tafa  A .   Ja l i l   Al - E s r a a   U ni v e r s i t y   C o l l e g e ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  O c t   15 ,   2019   R e v i s e d  D e c   1 6 ,   2019   A c c e pt e d  D e c   30 ,   2 01 9       A   ne w   de s i g n  o f   m i c r o s t r i p   dua l   m o de   ba nd - pa s s - f i l t e r   ( B P F )   by   us i ng  s t e ppe d  i m pe d a nc e   r e s o na t o r   ( S I R )   ba s e d  o n  s ho r t i ng   pi n  i s   pr o po s e d.     T he   d e s i g ne d  s t r uc t u r e   us e   t w o   U - s ha pe d   t r i - s e c t i o ns   S I R   r e s o na t o r s   c o upl e d   t o   e a c h  o t he r   a nd  a   t w o   c o upl e d  l i ne   f e e di ng   po r t s   e a c h  o f   50  o hm   i m pe d a nc e .   S ho r t i ng   pi ns   a r e   us e d  t o   e xc i t e   t he   u ppe r   f r e q ue nc y   pa s s ba nd     i n  t he   r e   s po ns e   o f   t he   f i l t e r   du e   t o   c ur r e nt   di s t r i but i o n  pe r t u r ba t i o n    a t   t he   l o c a t i o ns   o f   t he   s ho r t i ng   p i ns .   F o r   de m o ns t r a t i o n,   W L A N     ( 5. 2 - 5. 7  G H z )   a nd  G S M   ( 1 . 85 - 1 . 99  G H z )   a nd  A dv a nc e d  W i r e l e s s   S e r v i c e s   ( A W S )   ( 1. 7 1 - 1. 7 55  G H z ) .   T he   r e t u r n  l o s s e s   a r e   - 32 . 469  dB   a n d  - 26. 18  dB   r e s pe c t i v e l y   a t   t he   o pe r a t i ng   f r e que nc i e s   o f   t he   f i l t e r .   T he   r e s u l t s   o f   i ns e r t i o n  l o s s e s   o f   t he   f i l t e r   a r e   0 . 3 7  a nd  0. 2 4  dB   du r i ng   t h e   o pe r a t i ng   b a nd s   a nd   m o r e   t ha n   2 5  dB   w h i c h  c o ns i d e r   a   g oo d  o ut - of -   ba nd   r e j e c t i o n.     Ke y w or ds :   D ua l   m o de   f i l t e r     S h o rt i n g   p i n   S t e ppe d  i m pe da n c e   r e s o n a t o r   (S IR )   W i r e l e s s   l o c a l   a r e a   n e t w o r ks   (W L A N s )   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   J e n a n  A y a d,     Al - E s r a a   U n i v e r s i t y   Co l l e ge ,   I ra q .   E m a i l :   j a n _t h e _e n g @ y a h o o . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     P r e s e n t l y ,   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n   s y s t e m s   l i ke   w i r e l e s s   c ode   di v i s i o n   m u l t i pl e   a c c e s s   (W CD M A ),   m o b i l e   c o m m uni c a t i o n   s y s t e m s   (G S M ,   CD M A ,   W CD M A ,   T D - S CD M A ),   a nd  e s pe c i a l l y   IE E E   s t a n d a r ds   f o r   w i r e l e s s   n e t w o r ks   s uc h   a s   W L A N s   IE E E   802 . 11g   a n d  IE E E   8 02. 1 1b   t ha t   o pe ra t e   a t   2 . 4  G H z   f r e que n c y ;     a n d  p r o duc t s   of   IE E E   802. 1 1a   o pe r a t e   a t   5. 8  G H z   f r e que n c y   [1 ,  2],   t h e   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   w i t h   s h o r t   ra n ge   s uc h   a s   U W B   a n d  B l ue t o o t h ,   w h i c h   p r o v i de   s ui t a b l e   c o m m uni c a t i o n   s e r v i c e s   i n   m o de rni s t i c   s o c i e t y .   T h e   c o m pa c t   e qui pm e n t   w h i c h   s uppo rt   m ul t i m o de   w i r e l e s s   s y s t e m s   a r e   a t t r a c t i v e   a n d  w i l l   b e   o p e n l y   a ppl i e d  i n   t h e   f ut u r e   [3 ,  4] .   B e s i de s   s i m pl e   de s i gn e d  r e a l i z a t i o n,   l o w   pa s s - b a n d  i n s e rt i o n   l o s s ,   hi g h   s e l e c t i v i t y ,   t h e   r e qui s i t e   r e qui r e m e n t   o f   b a n d - pa s s   f i l t e r s   f o r   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n   s y s t e m s   i s   l a r ge   s t o pb a n d   c h a ra c t e ri s t i c s   a n d  a   c o n s o l i da t e d  s i z e   t h i s   i s   s ub s t a n t i a l   i n   n e w   ge n e ra t i o n   o f  w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n  s y s t e m s .   B a n d - p a s s - f i l t e r   (B P F )  ha s   a   s ub s t a n t i a l   r o l e   i n   t he   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   de v i c e s .   B P F   c a n   b e   de s i gn e d  a s   a   m u l t i - m o de   c i r c ui t   [5] .     D ua l   m o de   r e s o n a t o r s   h a v e   v e r y   d e s i r a b l e   f e a t ur e s   fo r   de s i g n   o f   b a n d - p a s s   f i l t e r   (B P F ),   l i ke   l o w   ra di a t i o n   l o s s ,   s i z e   m i n i a t u ri z a t i o n,   a n d  e a s e   de s i gn i ng  due   t o  t r a n s m i s s i o n   l i n e   t h e o r y .   T h e   dua l   m o de   m i c r o s t ri p  f i l t e r s   a r e   s i g n i f i c a nt   i n   m i ni m i z a t i o n   t e c hni qu e s   due   t o  t h e   h i g h   pe r f o r m a n c e ,   t h e y   c a n   b e   i m p l e m e nt e d  a s   a   do ub l e   c i r c ui t   i n   o n e   s t r uc t u r e   w i t h   c o m pa r e d  t o   de s i gn s   of  s i n gl e   m o de   b a n d - pa s s   f i l t e r  w h e n   t w o   de c a de n t   m o de s   a r e   c o upl e d  t o   e a c h   o t h e r   by   a ppr o p r i a t e   d i s t u r b a n c e   s t i m u l a t i o n   [6 - 8] .   A   d ua l   m o de   r e s o n a t o r   c a n  b e   us e d  a s   a   do ub l e   t un e d  c i r c ui t   [9 ].   T h us ,   t h e   n u m b e r   o f   r e s o n a t o r s   de s i r e d  i s   r e duc e d  t o   ha l f   f o r   a   g i v e n   de g r e e   o f   f i l t e r ,   w h i c h  l e a ds   t o   a   c o m pa c t   f i l t e r   s e t u p  [1 0 ,  11] .     S t e ppe d  i m pe da n c e   r e s o n a t o r s   (S IR )  m a y   b e   de f i n e d  a s   a   T E M   o r   qua s i - T E M   m o de   r e s o n a t o r s   c o n s i s t   of   m ul t i p l e   t r a n s m i s s i o n   l i n e s   w i t h   d i f f e r e n t   c ha r a c t e ri s t i c   i m pe da n c e   [12].   S IR   f i l t e r s   a r e   de s i g n e d  a s   s e v e r a l   l i n e   s e c t i o n s   o f  n o n - u ni f o r m   w i dt h s   c o upl e d  t o ge t h e r   w i t h   c o m m o n   i nput - o ut pu t   [5].   T h e   s e c o n d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   3 ,  J u n e   20 2 0  :     1 3 7 5   -   1 3 8 2   1376   pa s s - b a n d   i n   t h e   f r e que n c y   r e s po n s e   of   dua l - m o de   r e s o n a t o r  i s   r e a l l y   a   ha rm o n i c   r e s po n s e ,   a n d  i t   c a n   b e   s e t   by   t h e   s t r uc t u r a l   pa ra m e t e r s   o f   t h e   S IR   [10].   F i l t e r   m a y   r e qui r e   a   huge   c i r c ui t   a r e a   o r   f o o t pr i n t ,   w h e n   i t   de s i gn e d  a t   a   l o w   m i c r o w a ve   f r e que n c y .   T o   e l i m i n a t e   t h i s   p r o b l e m   a n d  f o r   ge t t i n g  b e s t   ut i l i z a t i o n   a  m ul t i - l a y e r   c i r c ui t   t e c hn i q ue ,   a   n e w   c o n n o t a t i o n   o f   fo l de d  r e s o n a t o r ,   c a n   b e   a ppl i e d  f o r   m i n i m i z i n g  f i l t e r s   [12 ,  13] .   M o r e o v e r ,   t h e   du a l   m o de   m i c r o s t r i p   r e s o n a t o r s   i n  t h e   m i c r o w a v e   pr i n t e d   a r e   s u ppl i e d  by   a   p a i r  of  o r t h o go n a l   f e e d  l i n e s   o rga ni z e d  i n   90 ˚  (o r  270˚)   i n  o r de r   t o   ge t   t h e   t w o   de c a de n t   m o de s   a n d   pa i r i ng  t h e m   t o   e a c h   o t h e r .   H ow e ve r ,   t h e   o r t h o go n a l   f e e d   l i n e s   m a y   n o t   be   ph y s i c a l l y   a ppr o p r i a t e   f o r   a l l   m i c r o w a ve   n e t w o r ks .  D u a l - m o de   m i c r o s t r i p   f i l t e r s   m a y   be   f e d  by   a   pa i r  of   fe e d  l i n e s   a dj us t e d  a t   180˚   ge o m e t ri c a l l y ,   o v e r   a   s t ra i g h t   l i n e   [14 ,  15] .   In   t h i s   p a pe r ,   a   dua l   m o de   b a n d - pa s s   f i l t e r   i s   p r o po s e d  by   us i n g  t w o   U - s h a pe d  t ri - s e c t i o n s   S IR   r e s o n a t o r s   p a i r e d  w i t h   e a c h   o t h e r   a nd  a   t w o   c o upl e d  l i n e   f e e di n g  po r t s   e a c h   w i t h   i m pe d a n c e   of   50  o h m s .     In   t h e   r e s po n s e   of   t h e   f i l t e r,   s h o rt i ng  pi n s   a r e   us e d  fo r   e xc i t a t i o n   t h e   uppe r   f r e que n c y   pa s s - b a n d  due   t o   c urr e n t   di s t r i b ut i o n   pe rt u r b a t i o n   a t   t h e   l o c a t i o n s   o f   t h e   s h o rt i n g  p i n s   f o r   W L A N   a ppl i c a t i o n s .   T h e   s t r uc t u r e   a n d  d i m e n s i o n s   o f   t h e   f i l t e r   a r e   i m pl e m e n t e d  a n d  o pt i m i z e d   by   us i n g  c o m m e r c i a l   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m u l a t o r   CS T   m i c r o w a ve   s t udi o .       2.   DUAL - M O D E   S TEP P ED   I M P ED A N C E  R ES O N A T O R   (S I R )   T h e   f un d a m e n t a l   de s i g n   o f   h a l f   w a v e l e n gt h   S IR   c o n t a i n s   t w o   l i n e s   o f   v a r i o us   c ha r a c t e r i s t i c   i m pe da n c e s   w h i c h  a r e   1   a n d   2   w i t h  e l e c t ri c a l   l e n gt h s   1   a n d   2   a s   s h o w n   i n  F i gu r e   1(a ) .   It   s t r uc t u r e d   by   c a s c a di n g  a   l o n g   l e n gt h  ( 2 1 )  a t   l o w   i m pe da n c e   s e c t i o n   ( 1 )  i n   t h e   c e n t e r  a n d   i n   t h e   t w o   s i de s   e n d  c o n t a c t e d  w i t h  t h e   s h o r t   l e ngt h  ( 2 )  a t   hi g h  i m pe da n c e   s e c t i o n  ( 2 )  [ 1 6].   U t i l i z i ng   a   f o l de d  s t e ppe d  i m pe da n c e   r e s o n a t o r,   s o ur c e   l o a d  (i n pu t / o ut pu t )  c o upl i n g  c a n   e a s i l y   be   a ppl i e d  t o   pr o duc e   t r a n s m i s s i o n   z e r o s   i n   t h e   st o pb a n d  a s   i ndi c a t e d  i n  F i gu r e   1(b )   [1 6,   17] .           F i gu r e   1 .   D i m e n s i o na l   a nd  E l e c t r i c a l   p a ra m e t e r s   o f   a   r e s o n a t o r ,   (a )   s t e ppe d  i m pe d a n c e   r e s o na t o r  (S IR ),     (b )  fo l de d  S IR   s t r uc t u r e       T h e   c o n di t i o n s   o f   r e s o n a n c e   c a n   b e   ga i n e d  f r o m   o n e   of  t h e m   s i n c e   t h e   h a l f - w a v e l e n gt h   S IR   i s   s y m m e t ri c a l   [18] .   T h e   r e s o na t o r  i m pe da n c e   c a n  b e   c o m put e d  a s   t h e   f o l l ow i n g   f o r m   [ 15]:      = 2 1 t an 1   + 2 t an 2   1 − 2 t an 1   t an 2     (1)     A c c o r di n g  t o   (1),   t h e   r e s o n a n c e   o c c ur s   w h e n      i s   i n f i ni t e ,   s pe c i f i c a l l y   t h e   de n o m i na t o r   o f   ( 1)  i s   e qua l   t o   z e r o .   T h e r e f o r e ,   t h e   f o l l ow i n g  f o r m   c a n   b e   ob t a i n e d  a s   t h e   r e s o n a n c e   c o n di t i o n  [19] :     2 1 = t a n 1   t a n 2 =   (2)     w h e r e     i s   t h e   i m pe da n c e   r a t i o .   T h e   r e s o n a n c e   c o n di t i o n s   a r e   de t e rm i n e d  b y   1 ,  2   a n d    a s   g i v e n   i n  (2 ) .   T h e s e   t hr e e   f a c t o r s   a r e   r e qui r e d  t o   ge n e ra t e   t h e   r e s o n a n c e   t ha t ,   a nd  a   du a l   m o de   f i l t e r   c a n   b e   de s i gn e d  b y   us i n g  S IR   [1 9,   20] .     T h e   1   i s   e qu a l   t o   t h e   2   i n  m o s t   p ra c t i c a l   a ppl i c a t i o n .   I n  t hi s   c a s e ,   t h e   f i r s t   s pu ri o us   r e s o n a n c e   a ppe a r s   a t     t a n 1 = ∞     (3)     w h e r e   1   i s   t h e   e l e c t ri c a l   l e n g t h   f o r   t h e   f i r s t   s p u r i o us   f r e que n c y   1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gn   of   dua l - m od e   SI R   bandp as s   f i l t e r   bas e d   on   s hor t i ng   p i n  f or   w i r e l e s s   c om m uni c a t i on…   ( J e na n  A y a d )   1377   T h e   r a t i o   U   o f   t h e   e l e c t r i c a l   l e n g t h  [16 ,   2 1].     = 2 ( 1 + 2 )   (4)     T h e   e l e c t r i c a l   l e ngt h s   d i f fe r   f r o m   t h e   p h y s i c a l   l e ngt h s   due   t o   t h e   e ff e c t i v e   di e l e c t r i c   c o n s t a nt s   a r e   di f fe r e nt   f o r   t h e   t w o   l i n e s .       =    (5)      w h e r e     i s   t h e   p h y s i c a l   l e n gt h  o f   t h e   m i c r o s t r i p .   T h us ,   =   w h e n  = 2   i n   t h i s   c a s e ,   t h e   p h y s i c a l   l e n gt h  i s   c a l l e d  a   ha l f   w a v e l e n gt h  m i c r o s t ri p   l i n e   t ha t   i s   us e d  i n  t hi s   d e s i gn  [19 ].   F r o m   (2)   by   c ha n gi ng   t h e   v a l ue   o f     a n d  t h e   l e n g t h s   o f   t h e   hi g h - Z   a n d   l o w - Z   s e gm e n t s ,   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   o f   a n  S IR   a r e   t u n e d  [22] .     S h o rt i n g   pi n s   a r e   us e d  t o   r e duc e   t h e   s i z e   w i t h o ut   c h a ng e   t h e   v a l ue   o f   t h e   s ub s t ra t e   m a t e r i a l   pe r m i t t i v i t y   [23].   T h e   s h o r t i n g  pi n   i s   a ppl i e d  t o   t h e   r e s o n a nt   c i r c ui t   r e s ul t s   w i t h   l e n gt h   e qua l   t o   t h e   s ub s t r a t e   de pt h  t o   s a t i s fy   s h o r t   c i r c ui t   w i t h  g r o un d ,   e f f e c t i v e l y   c o upl e d  t o   t h e   l o w e r   de ge n e r a t e   m o de   a n d  r e duc e s   t h e   l o w e r   e dge   b a n d  r e s o na n t   f r e que n c y   [24].   By   a dj us t i n g  t h e   re s o n a t o r   di m e n s i o n s   a nd  t h e   s i z e   o f   t h e   s h o rt i n g   pi n ,   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   a n d  t h e   o ut - of   b a n d  r e j e c t i o n   a ro un d  t h e   t ra n s m i s s i o n   b a n ds   c o ul d  b e   c o n t r o l l e d  t o   m e e t   t h e   de s i g n   r e qu i r e m e n t s .   T h e   s h o r t i n g   pi n  c a n  b e   r e p r e s e nt e d  a s   s h o r t   c i r c ui t   w i t h  i n d u c t o r   e l e m e n t   i n  F i gu r e   (2) .           F i gu r e   2 .   E qui v a l e nt   c i r c ui t   o f   s h o r t - c i r c ui t e d  s t ub       S uc h   a   s h o r t   s e c t i o n   i s   s i m i l a r   t o   t h e   s h o rt - c i r c ui t e d  s t ub   f u n c t i o n s ;   t h e r e f o r e ,   i t   c a n   b e   r e pr e s e n t e d   a s   a   s h u nt   l um pe d - e l e m e nt   i n duc t a n c e   gi v e n   b y   [25]:       (5)     w h e r e   v p  i s   t h e   p ha s e   v e l o c i t y ,   Z c   i s   c ha r a c t e r i s t i c   i m pe da n c e   a n d   l   i s   t h e   l e n g t h   o f   s h o r t i ng  pi n.       3.   D ES I G N   A N D   C O N F I G U R A TI O N   O F   D U A L - M O D E  S TEP P ED   I M P ED A N C E  B P F   T h e   s t r uc t u r e   o f   m i c r o s t ri p  B P F   i s   c o m pos e d  of   t w o   U - s h a pe d  t r i - s e c t i o n s   S IR   r e s o n a t o r s   c o upl e d  t o   e a c h   o t h e r  a nd  t w o   c o upl e d  l i n e   f e e di n g   po r t s   t o   50Ω   i n pu t - o ut put   c a pa c i t i v e   c o upl i n g   f e e di n g  l i n e s   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   3 .   F i gu r e   3   s h o w s   t h e   l a y o ut   of   t h e   r e s ul t i n g  f i l t e r.   T h e   f i l t e r   de s i g n e d  o n   s ub s t ra t e   di m e n s i o n s   of  7. 05 × 4. 9  m m 2   w i t h  a   r e l a t i v e   di e l e c t ri c   c o n s t a nt   o f   e qua l   10 . 8  a n d  s c a l i n g   t hi c k n e s s   e qua l   0 . 747   m m .     T h e   p r o po s e d  f i l t e r   i s   f e d  by   t w o   50  O h m   m i c r o s t ri p  l i n e s   o f   w i dt h   1   m m ,   a nd  t h e y   a r e   s y m m e t r i c a l l y   l o c a t e d   a t   b o t h   po r t s .   T h e   di m e n s i o n s   o f   t h i s   dua l   b a nd  f i l t e r   a r e   gi v e n   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   3   a n d  t h e   ra d i us   o f  s h o r t i ng  pi n  r e p r e s e n t e d  by   (r )  a n d  i t s   de pt h   e qua l   t o   s ubs t r a t e   t hi c k n e s s ,   w h e r e   a l l   di m e n s i o n   gi v e n   i n   m m .   E a c h   S IR   h a s   c a pa c i t i v e   c o upl i n g  due   t o   t h e   c a pa c i t i v e   r e a c t a n c e   of  t h e   i nput   a n d  o ut put   f e e d  l i n e s ,   w h i c h   i s   e qui v a l e nt   t o   a n   L C  r e s o na n t   c i r c ui t   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   4   [25] .   T h e   v a l ue s   o f   L ,   C  a n d   t h e   c a p a c i t a n c e s   r e p r e s e nt   t h e   ga p  a r e   c a l c ul a t e d  by   m i c r o s t r i p  e qu a t i o n s   o n  a n d   gi v e s   t h e s e   v a l ue s   L = 0. 385 n H ,   C = 0. 146pF ,   Cp = 0. 0077pF ,   Cg =   0. 132pF   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   3 ,  J u n e   20 2 0  :     1 3 7 5   -   1 3 8 2   1378       F i gu r e   3 .   T h e   p r o po s e d  pri n t e d  B P   w i t h  i t s   pa ra m e t e r           F i gu r e   4 .   E qui v a l e nt   c i r c ui t   o f   p r o po s e d  f i l t e r       4.   R ES U LTS   T h e   f r e que n c y   r e s po n s e   ob t a i n e d  o f   t h e   p r o po s e d  b a n d - p a s s   f i l t e r   i s   i l l us t ra t e d  i n   F i gu r e   5 .   T w o   b a n ds   w i t h   du a l - m o de   a r e   c l e a rl y   ob s e r v e .   A n d  s h o w s   t h a t   t h e   c e nt e r   f r e que n c i e s   of   t h e   l ow e r   a n d  u ppe r   b a n ds   a r e   2. 53G H z   a n d  7. 269  G H z   r e s pe c t i v e l y .   T h e   l ow e r   b a n d  i s   v e r y   us e f ul   fo r   W L A N   a ppl i c a t i o n s .   T h e   r e t u rn   a nd  i n s e r t i o n  l o s s   r e pr e s e nt   t h e   f r e que n c y   r e s po n s e   r e s u l t s   c a n  b e   s um m a ri z e d   i n  T a b l e   1 .       T a b l e   1 .   D e t a i l s   o f   t h e   P r o po s e d  F i l t e r   F r e que n c y   R e s po n s e   of   F i gu r e   5       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gn   of   dua l - m od e   SI R   bandp as s   f i l t e r   bas e d   on   s hor t i ng   p i n  f or   w i r e l e s s   c om m uni c a t i on…   ( J e na n  A y a d )   1379   T h e   s u r f a c e   c ur r e nt   di s t r i b ut i o n s   o f   t h e   p r o po s e d  m i n i a t u ri z e d  f i l t e r   a t   r e s o n a n c e   f r e que n c i e s   o f   t h e   l o w e r   a n d   uppe r   b a n ds   a r e   s h o w n   i n  F i g u r e   6.   It   h a s   b e e n   c l e a r l y   de pi c t e d  t h a t   t h e   c u rr e nt s   a r e   c o n c e nt r a t e s   a t   t h e   b e n ds   of   t h e   r e s o n a t o r s   a l o n g  t h e   r e gi o n s   c o n t a i n s   s h o rt i n g  pi n s .   I n   F i gu r e   6(c )  a n d  (d),   i t   c a n   b e   s e e n   t ha t   t h e   ga p  b e t w e e n   f e e de r   l i n e   a nd  r e s o n a t o r   a s   w e l l   a s   t h e   l e ngt h   o f   t h e   r e s o n a t o r   s e c t i o n   c o nt a i n s   s h o r t i n g   p i n   ha v e   di r e c t   e ff e c t s   o n   f i l t e r   r e s po n s e   a t   t h e   uppe r   b a n d   r e s o n a n c e   f r e que n c i e s   6. 949  a n d  7. 5 89  G H z   r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   5 .   R e t u rn   l o s s   a n d   i n s e r t i o n   l o s s         F i gu r e   6 .   S u r f a c e   c urr e nt   d i s t ri b ut i o n  (a )f 1 = 2. 3 77G H z ,   (b )f 2 = 2. 692G H z ,   (c )f 3 = 6. 949G H z ,   (d)f 4 = 7 . 589G H z       F i gu r e   6  s i m pl i fy   i m po s e d  m o di f i c a t i o n   r e gi o n s .   A s   s h o w n   i n  F i gu r e   6   t h e   l a r ge   a m o u n t   o f   c urr e n t   i s   c o n c e n t r a t e d  a l o n g  t h e   r e s o n a t o r s .   T h e r e f o r e ,   i n c r e a s i n g  t he   di m e n s i o n s   of   t h e   r e s o n a t o r   w i l l   i n c r e a s e   t h e   pa t h   o f   t h e   c urr e n t   w h i c h   l e a ds   t o   de c r e a s i n g  t h e   c e n t e r   f r e que n c i e s   of   t h e   r e s o n a nt   b a n ds   t o w a r ds     us e f ul   f r e que n c i e s   fo r   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n   a ppl i c a t i o n s .   T h e   r e s ul t i n g   f i l t e r   de s i g n e d  a n d  s i m u l a t e d  o n   s ub s t r a t e   s i z e   10 . 4 × 7. 0 5  m m 2 .   T h e   l e n g t h   o f   r e s o n a t o r s   (L 1)  a nd  w i dt h   o f   b e n d  (W 4)  a r e   i n c r e a s e d  t o   b e   (7. 694 ,   0. 6 )  m m ,   r e s pe c t i v e l y ,   s e e   F i gu r e   7 .    F i gu r e   8  s h o w s   t h e   r e t u rn  a n d   i n s e r t i o n   l o s s e s   of   t h e   m o di f i e d  f i l t e r   s t r uc t u r e .   M o di f i c a t i o n   e f fe c t   b e n e f i t s   h a v e   be e n   a c h i e v e d  t hr o ugh   t h e   e nha n c e m e nt   o f  t h e   f r e que n c y   r e s p o n s e   pe r fo r m a n c e .   T h e   n e w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   3 ,  J u n e   20 2 0  :     1 3 7 5   -   1 3 8 2   1380   po s i t i o n   o f   t h e   b a nds   i s   c o ve r e d  t h e   w i r e l e s s   a ppl i c a t i o n s .   A n o t h e r   b a n d  w i t h   c e nt e r   f r e que n c y   of   a bo ut     9. 5  G H z   i s   de ge n e ra t e d  a n d  c a n   b e   us e d  i n   a n o t h e r   a pp l i c a t i o n .   P e r f o r m a n c e   r e s po n s e   pa r a m e t e r s   o f   F i gur e   8   a r e   l i s t e d  o n  T a b l e   2 .         F i gu r e   7 .   S c a l i n g   f i l t e r   a n d   i t s   l e n g t h           F i gu r e   8 .   R e t u rn   l o s s   a n d   i n s e r t i o n   l o s s   fo r   m o di f i c a t i o n  f i l t e r       T a b l e   2 .   S u m m a r y   of   S c a l i ng  F i l t e r  F r e que n c y   P e r fo r m a n c e   P a ra m e t e r s   f r o m   F i gu r e   8         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gn   of   dua l - m od e   SI R   bandp as s   f i l t e r   bas e d   on   s hor t i ng   p i n  f or   w i r e l e s s   c om m uni c a t i on…   ( J e na n  A y a d )   1381   T h e   v a ri a t i o n  t h e   s h o rt i n g   pi n  r a d i us   ha s   b e e n   de pi c t e d  i n   F i gur e   9 .   I t   c a n   b e   s e e n   t ha t   t h i s   p a ra m e t e r  ha s   a   s e v e r e   e ff e c t   o n   t h e   r e s o n a n c e   f r e que n c i e s   of   t h e   de ge n e ra t e d  b a n ds   a nd  o n   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   i n s e r t i o n   l o s s   w i t h   i t s   t r a n s m i s s i o n   z e r o s   of   t h e   r e s ul t i n g  f i l t e r .   T h e   l o w e r   e dge   f r e que n c y   of   t h e   l o w e r   b a n d  of   t h e   pr o po s e d  B P F   f i l t e r   i s   t u n e d  by   t h e   r a d i us   o f  t h e   s ho r t i n g  p i n   a s   de pi c t e d  i n   F i gu r e   9a .   T h e   l o w e s t   i n s e r t i o n  l o s s   a n d  hi g h e r   o ut - of - b a n d  r e j e c t i o n   l e v e l s   a r e   i n f l ue n c e d  by   c h a n gi ng  t h e   s h o r t i n g  p i n   ra d i us   a nd  a b o ut   - 55  dB   o ut - of - b a n d  r e j e c t i o n s   c a n   b e   o b t a i n e d  a s   i l l us t ra t e d  i n   F i gu r e   9 b .         (a )     (b )     F i gu r e   9 .   E f fe c t s   of   t h e   v a ri a t i o n  s h o rt i n g   pi n  ra di us   o n  ( a )   r e t u rn   (b )   i n s e r t i o n   l o s s   of   t h e   r e s ul t i ng  f i l t e r       5.   C O N C LU S I O N     A   n e w   dua l   m o de   M i c r o s t r i p   s t e ppe d  i m pe da n c e   r e s o n a t o r   b a n d  pa s s   f i l t e r   i s   p r o po s e d  i n   t h i s   pa pe r .   T h e   r e s po n s e   of   f i l t e r   a t   - 3  dB   f r a c t i o n a l   b a ndw i dt h s   of  14. 5%  a nd  9. 17 %  r e s pe c t i v e l y   of   t h e   c e n t e r  f r e que n c i e s   1. 92   G H z   a n d  5 . 95   G H z   w i t h   a n   a pp r o p r i a t e   re t urn  a n d   i n s e r t i o n   l o s s e s   f o r   b e t t e r   r e s po n s e s ,   w h i c h   c o ve r s   t h e   de s i r e d  b a n ds   f o r   w i r e l e s s   a ppl i c a t i o n s .   T he   f e a t ur e s   of   pr o p o s e d   f i l t e r   a r e   s i m pl e   s t r uc t u r e ,   c o n s o l i da t e d  s i z e   a n d  go o d  s e l e c t i v i t y .   T h e r e fo r e ,   t h e   f i l t e r   i s   s i m pl e   i n   s t r uc t u r e   a n d  c o m pa c t   i n   s i z e ,   w h i c h   s h o w s   a   n e w   c o upl i n g  s t r uc t u r e .   T h e   f i l t e r   ha s   a   go o d  pa s s - ba n d  pe r f o r m a n c e   a n d   i m p r o v e s   t h e   s e l e c t i v i t y .       R EF ER EN C ES     [ 1]     I .   H us na ,   “ B a nd - pa s s   f i l t e r   w i t h   ha r m o ni c s   s u ppr e s s i o n  c a pa bi l i t y , ”   T E L E K O M N I K A   ( T e l e c om m un i c a t i on ,   C om put i ng ,   E l e c t r on i c s   and   C on t r ol ) ,   V o l .   8 ,   pp .   2 512 - 25 20,   2 018 .   [ 2]     Z .   A l i ,   Z .   M .   H e j a z i ,   “ R e c on f i gur abl e   m u l t i b and   ban dpas s   f i l t e r s   us i ng   s h or t   b r i dge s   r e s e m bl i ng   M E M S  o r   pi n   di ode s , ”   201 4  I E E E   S t ude nt   C o nf e r e nc e   o n  R e s e a r c h  a nd   D e v e l o p m e nt ,   2014 .   [ 3]     Y .   G a ur a v ,   “ A   C o m pa c t   U W B   B P F   w i t h  a   no t c h   B a nd  us i ng   R e c t a ng ul a r   R e s o na t o r   S a ndw i c he d  be t w e e n  I nt e r di g i t a l   S t r uc t ur e , ”   T E L E K O M N I K A   ( T e l e c om m un i c a t i on ,   C om put i ng ,   E l e c t r on i c s   a nd  C on t r o l ) ,   V o l .   7 ,     pp.   24 20 - 2425 ,   201 7.   [ 4]     Z .   A r i p i n,   K u s n a nda r ,   A .   N a j m ur r o khm a n ,   a n d  A .   M un i r ,   “ C o m pac t   SR R - bas e d  m i c r o s t r i p  B P F   f or   w i r e l e s s   c om m un i c a t i on , ”   2 015  2nd   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n  I nf o r m a t i o n  T e c hno l o gy ,   C o m put e r ,   a nd  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   ( I C I T A C E E ) ,   20 15 .   [ 5]     C. - X .   S u n,   L . - Y .   F e ng ,   X . - Y .   L i u ,   H. - X .   Z h e ng ,   “ C o m pa c t   D ua l - M o de   F i l t e r   U s i ng   M e a n de r   S ho r t e d  S t u b  L o a de d  R e s o na t o r s , ”   P r ogr e s s   i n   E l e c t r om a gne t i c s   R e s e ar c h   L e t t e r s ,   V o l .   3 0,   195 - 20 3,   20 12.   [ 6]     Y .   S .   M e z a a l ,   H .   T .   E y y ubog l u,   J .   K .   A l i ,   “ N e w   D ual   B and  D u al - M ode   M i c r o s t r i p  P at c h  B a ndp as s   F i l t e r   D e s i gns   B as e d  on  Si e r p i n s k i   F r ac t al   G e om e t r y , ”  2 013  T h i r d  I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n  A dv a nc e d  C o m put i ng   a nd  C o m m uni c a t i o n  T e c hno l o g i e s   ( A C C T ) ,   20 13 .   [ 7]     P .   V r y o ni de s ,  S .   N i ko l a o u   a nd  S .   K i m ,”   R e c o nf i g ur a bl e   dua l - m ode   ba nd - pa s s   f i l t e r   w i t h  s w i t c ha b l e   b a ndw i dt h   us i ng   P I N   di o de s , ”   I n t e r na t i o nal   J our nal   o f   M i c r ow av e   and   W i r e l e s s   T e c hno l og i e s ,   V o l   7 ,   I s s ue   6 ,   D e c e m be r   2015 .   [ 8]     Y .   S .   M e z a a l ,   J .   K .   A l i ,   “ I nv e s t i g a t i o n  o f   D ua l - M o de   M i c r o s t r i p  B a nd pa s s   F i l t e r   B a s e d   o n  S I R   T e c hni que , ”     P l os   O ne ,   v o l .   1 1,   no .   10 ,   2016 .   [ 9]     Z. - T .   X u  a nd  J .   X u ,   “ D e s i gn  o f   dua l - m ode   f i l t e r s   us i ng  s t e ppe d  i m pe danc e   r e s onat or s   w i t h  s t ub  l oa di ng , ”   20 12   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n  M i c r o w a v e   a nd  M i l l i m e t e r   W a v e   T e c h no l o gy   ( I C M M T ) ,   201 2.   [ 10]     X .   H ua ng ,   Q .   F e ng ,   Q .   Y .   X i a ng ,   a nd   D .   J i a ,   “ A   H i g h  S e l e c t i v i t y   D ua l - B a n d  B a n dpa s s   F i l t e r   U s i ng   D ua l - M o de   a n d  T r i p l e - M o de   R e s o na t o r s , ”   P r ogr e s s   i n   E l e c t r om agne t i c s   R e s e ar c h   C ,   V o l .   36,   8 1 - 90,   20 13.   [ 11]     H .   S .   L u,   W .   W .   W u ,   J .   J .   H ua ng ,   X .   F .   Z h a ng ,   a n d  N .   C .   Y u a n ,   “ C o m pa c t   D ua l - m o de   M i c r o s t r i p  B a ndp a s s   F i l t e r   B a s e d   o n  G r e e k - c r o s s   F r a c t a l   R e s o na t o r , ”   R ad i oe ng i ne e r i ng ,   v o l .   2 6,   no .   1,   pp .   275 – 284 ,   201 7.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   3 ,  J u n e   20 2 0  :     1 3 7 5   -   1 3 8 2   1382   [ 12]     M .   M a ki m o t o   a nd  S .   Y a m a s h i t a ,   “ M i c r o w a v e   R e s o na t o r s   a n d  F i l t e r s   f o r   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n, ”   B e r l i n ,   H e i de l be r g:   Spr i nge r - v e r l ag ,   2 001 .   [ 13]     S .   M e e s o m kl i n ,   P .   C ho m t o ng ,   P .   A kka r a e k t ha l i n,   “ A   C o m pa c t   M ul t i b a nd  B P F   U s i ng   S t e p - i m pe d a nc e   R e s o na t o r s   w i t h   I nt e r d i g i t a l   C a pa c i t o r s , ”   R adi oe ngi ne e r i n g ,   v o l .   2 5,   no .   2 ,   p p.   258 – 2 67,   2 016 .   [ 14]     J .   W a ng ,   L .   G e ,   K .   W a ng ,   W .   W u,   “ C o m pa c t   m i c r o s t r i p  dua l - m o de   dua l - ba nd  ba ndp a s s   f i l t e r   w i t h  w i de   s t o pba nd , ”   E l e c t r oni c s   L e t t e r s ,   v o l .   47,   no .   4 ,   p.   26 3,   20 11.   [ 15]     H .   Z hu ,   A .   M .   A bbo s h,   “ S i ng l e   a nd   D ua l - B a nd  B a nd pa s s   F i l t e r s   U s i ng   C o u pl e d  S t e pp e d - I m pe da nc e   R e s o na t o r s   w i t h  E m b e dd e d  C o upl e d - L i ne s , ”   I E E E   M i c r ow av e   and  W i r e l e s s   C om pone nt s   L e t t e r s ,   v o l .   26,   no .   9 ,     pp.   67 5 – 67 7,   20 16.   [ 16]     A dna n  G ör ür   a nd  C e y hun  K a r p uz , ”   M i n i a t u r e   D u a l - M o de   M i c r o s t r i p  F i l t e r s , ”   I E E E   M i c r ow av e   and  W i r e l e s s   C om pone nt s   L e t t e r s ,   V o l .   17,   N o .   1,   J a nu a r y   2007 .   [ 17]     P .   W e n ,   Z .   M a ,   H .   L i u,   S .   Z hu ,   M .   O hi r a ,   C .   W a ng ,   X .   G ua n,   B .   R e n ,   “ N ov e l   C om pac t   D u al - B an d  B P F   U s i ng   St ub - L o ade d  S hor t e d  S t e ppe d - I m pe danc e   R e s on at o r s , ”   20 18  A s i a - P a c i f i c   M i c r o w a v e   C o nf e r e nc e   ( A P M C ) ,   2 018 .   [ 18]     M .   M o kht a a r i ,   J .   B o r ne m a nn ,   a n d  S .   A m a r i ,   “ F o l de d  C o m pa c t   U l t r a - W i de ba nd  S t e ppe d - I m pe da nc e   R e s o na t o r   F i l t e r s , ”   20 07  I E E E / M T T - S  I n t e r nat i o nal   M i c r ow av e   S y m pos i um ,   2 007.   [ 19]     L .   G uo ,   Z . - Y .   Y u,   L .   Z ha ng , ”   D e s i g n  o f   A   D ua l - M o de   D ua l - B a n d  F i l t e r   U s i ng   S t e ppe d  I m pe d a nc e   R e s o na t o r s , ”   P r ogr e s s   i n   E l e c t r om agne t i c s   R e s e ar c h   L e t t e r s ,   V o l .   1 4,   14 7 - 154 ,   2 010.   [ 20]     Q. H .   Z ha ng ,   Y . L .   D o ng ,   J. - G .   C a o ,   “ D u al - m ode   ba ndpa s s   f i l t e r   us i n g  m i c r os t r i p  S I R   at   K a  b and , ”   200 9  A s i a   P a c i f i c   M i c r o w a v e   C o nf e r e nc e ,   20 09 .   [ 21]     J .   K uo ,   T .   Y e h ,   C .   Y e h,   " D e s i g n  o f   m i c r o s t r i p   ba ndpa s s   f i l t e r s   w i t h  a   d ua l - pa s s ba n d  r e s po ns e , "   I E E E   T r a ns a c t i on s   on  M i c r ow av e   T he or y   and   T e c hn i que s ,   V o l .   53 ,   N o .   4,   A pr .   2 005 .   [ 22]     P .   C ho m t o ng ,   P .   A kka r a e kt h a l i n ,   “ A   qua d - ba nd  ba n dpa s s   f i l t e r   us i ng   s t e pp e d  i m p e da nc e   r e s o na t o r s   w i t h   i nt e r di g i t a l   c a pa c i t o r s , ”   I E E J   T r an s ac t i ons   o n  E l e c t r i c al   an d  E l e c t r oni c   E n gi ne e r i n g ,   v o l .   13,   no .   8,   p p.   108 0 – 1 086 ,   F e b.   2 018 .   [ 23]     K .   K um a r ,   N .   C h a i t a ny a ,   P .   K um a r ,   B .   M a dha v ,   V .   R a m e s h  a nd   B .   N a y a k,   “ C o m pa r a t i v e   A na l y s i s   o f   S ho r t i ng   P i n   a nd  S ho r t i ng   P l a t e   M o de l s   f o r   S i z e   R e duc t i o n  i n  t he   M i c r o s t r i p  P a t c h  A nt e nna s ” ,   I nt e r na t i ona l   J o ur n al   o f   C om m uni c at i on   E n gi ne e r i ng  A pp l i c at i on s - I J C E A ,   V o l .   2 ,   J ul y   201 1.   [ 24]     A i   M a n .   L a i ,   H a u   W a h ,   “ M i c r o s t r i p  P a t c h   A nt e nn a s , ”   2 nd   E di t i on ,   W or l d  S c i e nt i f i c   P ubl i s h i n g,   pp . 34 3 – 38 0,   20 17 .   [ 25]     J .   H o ng ,   “ M i c r o s t r i p  F i l t e r s   f o r   R F / M i c r o w a v e   A ppl i c a t i o n” ,   2 nd   E d. ,   J ohn   W i l e y   &   Son s ,   2 011 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.