بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک شیفت دهندهی فاز فرا پهنباند 90 ساخته شده با کوپلر باند وسیع و استاب T شکل ارائه گردیده است. سازکار عملکرد آن به وسیلهی مدار معادل بیان شده و نتایج شبیه سازی پهنای باند 129% با انحراف فاز 5 4/ و تلفات عبوری زیر 1/8 dB در بازه فرکانسی 2/2 تا 10/2GHz را نشان میدهد. مقایسه نشان میدهد طراحی حاضر نه تنها بیشترین پهنای باند را داشته بلکه تلفات عبوری کم و اختلاف فاز اندکی را داراست. این طراحی بهخاطر هزینهی پایین، ساختار صفحهای و پیادهسازی مناسب، گزینهی خوبی برای کاربردهای فرا پهنباند میباشند.
.1 مقدمه
شیفت دهندههای فاز باند وسیع در بسیاری از آنتنهای آرایه-فازی و سیستمهای ماژول کنترلی مایکروویوی استفاده میشود. برای رسیدن به شیفت دهندهی فاز 90° از انواع مختلف شیفت دهنده نظیر شیف -من[1]، عناصر فشرده[2] و دیگر ساختارهای صفحهای[7-3] تا کنون مورد استفاده قرار گرفتهاند. با این حال، معایبی برای کاربردهای عملی وجود دارد.
ساختارهای شیف-من پهنای باند محدودی دارند و برای کاربردهای پهنباند مناسب نیستند. پیکربندیهای خط کوپلشده با عناصر فشرده[2] میتواند پهنای باند را به طور موثری بهبود دهد. با این وجود، چنین طراحیهایی ممکن است برای کاربردهای فرکانسهای بالا نامناسب باشد و به دلیل اثرات پارازیتی، قیمت بالا و نصب سخت آن، نتواند به سادگی با دیگر مدارات فشردهسازی گردد. بر خلاف آنها ساختارهای صفحهای شامل خطوط انتقال متصل به بار[5- 3] و خطوط کوپل شدهی باند وسیع6]، [7 به سادگی میتوانند با قیمت پایین ساخته شوند. با این حال، پهنای باند آنها هنوز برای پاسخگویی به افزایش روز افزون نیازهای مربوط به سیستم فرا پهنباند کافی نیست.
در این مقاله، یک شیفت دهندهی فاز فرا پهنباند 90 با پهنای باند 129% ارائه شدهاست که شامل دو قسمت ذیل است: خط شیفت فاز و خط مرجع «L» شکل. بر خلاف ساختار کوپل-گوشهای [1]، کوپلر باند وسیع بیضوی به دلیل توانایی حصول ضریب کوپلینگ تقریباً ثابت در بازهی فرا پهنباند مطلوب که گزینهای خوبی برای کاربردهای پهنباند است .[6] خط شیفت فاز ارائه شده شامل دو کوپلر باند وسیع بیضوی به صورت موازی که با استاب -Tشکل ترکیب شده است. برای افزایش پهنای باند بیشتر، یک زمین بریده شدهی مستطیلی شکل بهبود یافته برای کاهش ضریب کیفیت بارشده Q به کار گرفته شده است. علاوه بر این برای داشتن دید بهتری نسبت به طرح حاضر، مدل مداری معادل و توصیفات ریاضیاتی برای این شیفت دهندهی فاز آورده شده است. نتایج شبیه سازی پهنای باند 129% با انحراف فاز 5 4/ و تلفات عبوری زیر 1/8 dB را برای فرکانس 2/2 تا 10/2GHZ نشان میدهد.
شکل - 1 ساختار شیفتدهندهی فاز ارائه شده
.2 ساختار و تحلیل شیفت دهندهی فاز
ساختار شیفت دهندهی فاز فرا پهنباند 90 مورد بحث در شکل 1 نمایش داده شدهاست. دو استاب -Tشکل مخالف هم به ترتیب روی زیرآیند زیرین و رویی چاپ شده است. هر کدام از آنها به دو صفحه کوپل شدهی بیضوی باندوسیع - که درون آنها دو حفره دایرهای شکل در آورده شده، - متصل شدهاند و با استابهای انتها-باز که برای کنترل اختلاف فاز استفاده میشوند بار شدهاند. افزون بر این، یک حفرهی مستطیلی شکل بهبود یافته روی صفحهی زمین به عنوان لایه میانی بین دو زیرآیند بریده شدهاست.
به منظور حصول اختلاف فاز معین، مقایسه فاز نسبت به یک خط انتقال مرجع 50 قرارگرفته روی زیرآیند بالایی انجام شدهاست. زمین سوراخ شدهای بین لایههای کوپلینگ بالایی و پایینی قرار داده شده تا کوپلینگ بین پچهای بیضوی روی لایهی بالایی و پایینی تحقق یابد و ضریب کوپلینگ بتواند به طور دقیقی به وسیلهی شکل و ابعاد صفحهی بیضوی و حفره مستطیلی شکل کنترل شود. طول فیزیکی معمول یک ساختار کوپل شدهی بیضوی باید یک چهارم طول موج موثر در فرکانس مرکزی باشد.
شکل - 2 نمایش مداری شیفتدهندهی فاز ارائه شده الف - طرح ساده شدهی شیفتدهندهی فاز
ب - مدار معادل شیفتدهندهی فاز
مدل ساده شده و مدار معادل متناظر طراحی ارائه شده در تصاویر 2لف و 2ب، به ترتیب داده شده است. به موجب عملکرد تقریباً پایدار کوپلینگ، ضریب کوپلینگ برای پچهای بیضوی با طول الکتریکی در فرکانس مرکزی فرض شده است . امپدانس مشخصهی بخش 1 به صورت میباشد که و به ترتیب امپدانسهای مشخصه مد زوج و مد فرد هستند. با اعمال این فرضیات و تحلیل مد زوج-فرد، ضرایب بازتابش و انتقال بخش 2 میتواند مانند [6] بیان شود:
امپدانس مشخصه خط کوپلشده در بخش 2 میباشد که به ضریب کوپلینگ مورد نیاز وابسته است. با توجه به مدار معادل، تبدیلات بین پارامترهای شبکهی دو پورتی و ماتریسهای استاب -Tشکل میتواند تحقق یابد. سپس، با استفاده از اتصالات پشت سر هم و موازی، میتوانیم ماتریس کل مدار معادل را به دست آوریم.
