بخشی از مقاله
خلاصه
یک دیپلکسر مایکرواستریپ با ساختاری ساده و اندازهی کوچک براساس تئوری خط تزویج و پیکربندی مشددهای حلقه باز ارائه شده است. دو فرکانس تشدید دیپلکسر با تغییر ابعاد فیزیکی مشددها و خطوط مایکرواستریپ قابل تنظیم است که این امر سبب آزادی عمل در طراحی میگردد. در این طراحی برای دستیابی به هر فرکانس تشدید بجای استفاده از جفت مشددهای حلقه باز رایج از تک مشدد استفاده شده که سبب کاهش اندازهی آن میگردد. این دیپلکسر در باند X و C طراحی و شبیه سازی شده است.
.1 مقدمه
دیپلکسر جزء کلیدی در بسیاری از سیستمهای ارتباطی مایکروویو، از جمله سیستمهای ارتباط بیسیم، سیستمهای رادار، تلفن های همراه و سیستمهای ارتباط ماهوارهای است. این قطعه دارای سه دهانه است که میتواند باندهای فرکانسی مختلف را از هم جدا کند .[1] بکارگیری خطوط مایکرواستریپ جهت انتقال سیگنالهای مایکرویو بدلیل مجتمع-سازی آسان آنها در مدارهای فعال و غیرفعال و نیز اندازهی کوچک، وزن سبک، قیمت کم و سهولت ساخت موردتوجه قرار دارد .[2] برای طراحی دیپلکسر با اندازهی کوچک و ساختار ساده میتوان از مشددهای حلقه باز بهرهگرفت
در [3]، از دو جفت مشدد حلقه باز رایج و سه خط مایکرواستریپ جهت طراحی دیپلکسر بالن استفاده شده است، هر جفت مشدد بین دو خط مایکرواستریپ با طولهای مختلف قرارگرفته و یک تشدید فرکانسی ایجاد مینماید و محیط آنها تقریبا نصف طولموج تشدید است. در [4] نیز از دو جفت مشدد دایروی و سه خط انتقال مایکرواستریپ با طراحی مشابه یعنی استفاده از خط تغذیه مشترک جهت طراحی دیپلکسر با کاربردهای نوری [4] بهره گرفته شده است.
در [5] و [6] از جفت مشددهای حلقه باز و روش توزیع تزویج با خط تغذیه مشترک برای طراحی مالتیپلکسر چهار کاناله و دیپلکسر هشت کاناله، بهترتیب استفاده شده است. در تمامی بررسیهای نامبرده برای کاهش حجم مدار، پیکربندی مشدد-مشترک پیشنهاد شده است. در این مقاله نیز سعی شده تا با ساختاری مشابه اما با استفاده از تک مشدد برای هر فرکانس تشدید به کاهش بیشتر اندازه ی مدار کمک شود. فرکانسهای تشدید دیپلکسر با ایجاد تغییر در ابعاد مشددهای حلقه باز و خط مایکرواستریپ قابلتنظیم هستند که این امر سبب آزادی عمل در طراحی میگردد.
.2 مشدد حلقه باز
مشدد حلقه باز یکی از بهترین پیکربندیهای مورد استفاده برای طراحی فیلترها، دیپلکسرها، میکسرها و آنتنها است. باتوجه به مزایای متعدد آنها از جمله، اندازه کوچک و تطبیقپذیری، در شمار زیادی از مدارهای مایکرویو بکاررفتهاند. ضعف اصلی این مشددها وجود هارمونیکهای مرتبهی بالاست درحالیکه باند توقف گستردهای دارند. هدف اصلی این بخش بررسی مودهای تشدید مشدد حلقه باز و کاربرد آن در طراحی فیلترهای میانگذر مایکرویو است. این مشددها با خم نمودن یک مشدد خطی با طول الکتریکی T و مشخصه امپدانس Z بدست آمده، همانطور که در شکل - - 1 مشاهده میگردد.
باتوجه به پیکربندی حلقه باز و ایجاد خازن در محل شکاف بین دو لبه، تجزیه و تحلیل میدان براساس رفتار میدان الکترومغناطیسی دشوار است.[7] با اینوجود میتوان رفتار مشدد حلقه باز را براساس طول مشدد خطی مورد بررسی قرار داد. بمنظور دستیابی به فرکانس های تشدید مشدد حلقه باز، روش تجزیه و تحلیل مود زوج و فرد با توجه به ساختار متقارن مشدد بررسی میگردد، مدار معادل مشدد در شکل 1 آورده شده است.
شکل :1 الف - مشدد خط مستقیم، ب - مشدد حلقه باز، پ - مدار معادل مشدد خط مستقیم جهت محاسبه ی ادمیتانس ورودی
همانطورکه مشاهده میشود طول الکتریکی کل برابر با T 1+ 2 ، و 1 و 2 طول الکتریکی مسیرهای کوتاه و بلند مشدد را تشکیل میدهند. با فرض انتقال بدون تلفات در مدار باز، امپدانس ورودی توسط معادلهی - 1 - بدست می-آید:
Zin، Z0 و بترتیب، امپدانس ورودی، مشخصهی امپدانسی و طول الکتریکی خط انتقال هستند. باتوجه به مدار معادل، ادمیتانس ورودی برابر است با :
موج ساکن در مشدد زمانی ایجاد میشود که Yin=0، به عبارت دیگر تشدید زمانی رخ میدهد که T Q یا O Q /2 باشد، طول موج و O است.
.3 طراحی فیلتر میانگذر
در ساختار پیشنهادی فرکانس رزونانس تابعی از طول مشدد و قابل کنترل است. مرکز شکاف مشدد باید در مکان مناسبی قرارگیرد تا حداکثر تزویج مغناطیسی حاصل شود. براساس نظریهی خط انتقال، مقادیر ولتاژ و جریان روی خط مایکرواستریپ را می توان شرح داد، چنانچه میدانیم تزویج مغناطیسی قوی در نتیجهی جریان هدایت بالا بدست میآید. براساس تئوری بیان شده در قسمت قبل، یک مشدد با - T Q - n=2 یعنی طولی برابر با را بعنوان سلول واحد در نظر میگیریم. این سلول واحد با دو خط تغذیه مایکرواستریپ جهت اتصال به دهانههای ورودی و خروجی تزویج میگردد، همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود.
شکل :2 ساختار سلول واحد
