بخشی از مقاله
چکیده –
یکی از قطعات مورد استفاده در شبکه هاي مقایسه گر مونوپالس، هایبرید 180 درجه می باشد. ساختارهاي متفاوتی براي قطعه فوق ارائه شده است که برحسب پهناي باند ،توان قابل تحمل و تکرار پذیري ساخت، قابل دسته بندي هستند. یکی از بهترین مقسم توان ها، مقسم توان گایسل می باشد که نقص آن پهناي باند اندك فرکانسی است.
در این مقاله روش جدیدي براي افزایش پهناي باند مقسم مذکور با استفاده از مقاومت هاي متصل به زمین به همراه بهینه سازیهاي طراحی ارائه می گردد. براي تشکیل ساختار هایبرید از این مقسم توان، از پل زمین و انتقال دهنده ي فاز و مبدل خط به زمین استفاده شده است. هایبرید ارائه شده در این مقاله با نرم افزار HFSS شبیه سازي شده و به منظور ارزیابی صحت روش ارائه شده ، نتایج شبیه سازي و اندازه گیري دو مقسم توان ساخته شده در باند s و x تطابق داده شده است.
-1 مقدمه
در سیستم هاي رادار ردگیر و ایستگاههاي زمینی به منظور ردگیري اهداف و ماهواره ها از الگوریتم مونوپالس استفاده می شود. در این الگوریتم براساس داده هاي منتج از شبکه مقایسه گرِ مو نوپالس ، راستايِ اهداف در دو محور سمت و ارتفاع بطور دقیق تخمین زده می شود
از قطعات اصلی در شبکه مقایسه گر مونوپالس، هایبرید 180 درجه است که در ساختارهاي متفاوتی قابل پیاده سازي است. به منظور پیاده سازي هایبرید 180 درجه بر حسب پهناي باند، توان قابل تحمل و سادگی و تکرار پذیري ساخت می توان از بسترهاي متفاوتی ، همچون موجبر و یا میکرواستریپ استفاده نمود. در سامانه هاي ردگیر کوچک بدلیل تجمیع عناصر آرایه آنتن میکرو استریپ با شبکه مقایسه گر، بیشترین اقبال به سمت قطعات قابل تحقق روي میکرو استریپ است. نقص قطعات مبتنی بر میکرو استریپ توان اندك قابل تحمل و سطح فیزیکی بزرگ در صورت افزایش پهناي باند می باشد.
به تازگی راه هایی براي افزایش پهناي باند هایبرید هاي شبکه - که هایبرید هاي 90 درجه یا 180 درجه نام دارد - با حداقل سطح فیزیکی بر روي میکرواستریپ معرفی شده است. اما همه ي آنها یا محدودیت ساختاري دارند که در شبکه ي تک پالس قابل استفاده نیستند و یا در بازه ي فرکانسی مورد نظر قابل اجرا نیستند. علاوه بر آن محدودیت توان و تشعشعات ناخواسته را می توان از ناکارآمدي طرح هاي قبلی بر شمرد.
ونگ از هایبرید هاي 90 درجه براي مقایسه گر تک پالس در تجمیع با آرایه آنتن میکرواستریپ استفاده کرده است.[2] همچنین روشهاي افزایش پهناي باند این هایبرید ها توسط چیو معرفی شده است.
براي تحقق هایبرید 180 درجه که در واقع ساخت اتصال تی جادویی روي میکرواستریپ به حساب می آید ، روشهاي چندي وجود دارد که به عنوان نمونه می توان به استفاده از میکرواستریپ چند لایه و شکاف اشاره کرد.[4] روشهاي جدید تر، ترکیب هایبرید حلقوي و تی جادویی[5] یا ترکیب تقسیم کننده ي توان ویلکینسون و تی جادویی[6]، [7] را معرفی کرده است که از پهناي باند و دقت بالایی برخوردارند. ترکیب هایبرید حلقوي و تی جادویی نتایج خوبی دارد ولی براي مقایسه گر تک پالس مناسب نیست، چون ورودي ها در کنار هم قرار ندارند. ترکیب تقسیم کننده ي توان ویلکینسون و تی جادویی در فرکانسهاي پایین از کارایی بهتري برخوردار است.
هایبرید ارائه شده در این مقاله بر پایه ي مقسم توان گایسل است.[8] شکل اولیه ي این مقسم توان نسبت به مقسم توان ویلکینسون از مزایایی همچون ، قابلیت بکار گیري مقاومت هاي بیرونی با توان قابل تحمل بالا، هندسه ي ساده و قابل درك و قابلیت کنترل بهتر براي بار هاي ناهمسان برخوردار است. اما نقص بزرگ آن پهناي باند کم می باشد. بدین لحاظ طرح جدیدي براي رفع نقص فوق ارائه شده است.
-2 مقسم توان گایسل بهبود یافته
مقسم توان گایسل مورد استفاده در واقع تغییر یافته ي مقسم توان گایسل اولیه است که خود آن تغییر یافته ي مقسم توان ویلکینسون می باشد.[9] روند تغییرات در مقسم توان ویلکینسون تا مقسم توان گایسل بهبود یافته در شکل 1 مشخص است. قسمتی که با خط چین در شکل اول مشخص است یک مقاومت است که در مقسم توان ویلکینسون بکار می رود. در مقسم توانی که توسط گایسل ارائه شداین قسمت با بخش درون خط چین در شکل دوم تعویض شد. در مقسم توان بهبود یافته دو نقطه از مدار دوم جاي خود را به دو بخش درون خط چین شکل سوم دادند، که این کار موجب افزایش پهناي باند مدار شد.
شکل -1 تکامل مدار معادل مقسم توان از ویلکینسون تا گایسل بهبود یافته
نقشه قابل پیاده سازي مقسم توان تغییر یافته گایسل - مدارمعادل سوم شکل - 1 روي میکرواستریپ ، مطابق شکل 2 قابل پیاده سازي است. طول و عرض هر یک از خطوط به ترتیب با اندیس هاي w و l مشخص شده است. با توجه به اندازه هاي جدول 1 نتایج شبیه سازي در پهناي باند 1 تا 12 گیگاهرتز در
شکل 3 نشان داده شده است.
شکل -2 شماتیک مقسم توان گایسل بهبود یافته
جدول -1 مشخصات مقسم توان شکل 2
شکل -3 نتایج شبیه سازي مقسم توان گایسل بهبود یافته.
-3 هایبرید 180 درجه
در این هایبرید بر خلاف طرح هاي قبل که از ترکیب هایبرید هاي تی جادویی و حلقوي یا از مقسم توان ویلکینسون و امثال این ها استفاده می کرد از ترکیب مقسم توان گایسل و پل زمین استفاده می شود. مقسم توان گایسل از قابلیت حمل توان و پایداري بیشتري برخوردار است، ولی پهناي باند کمتري دارد که با استفاده از طرح پیشنهادي ، این نقیصه نیز تا حدي قابل جبران است.
مداري که باید به مدار مقسم توان اضافه شود تا هایبرید 180 درجه ي مورد نظر بدست آید، بخشی است که بتواند تفاضل دو ورودي را محاسبه کند و به یک خروجی بفرستد. شکل 4 مدار تفاضل گر مذکور و کلیات مدار معادل هایبرید 180 درجه را نشان می دهد.
شکل -4 تغییر مورد نیاز در مقسم توان براي ایجاد هایبرید 180 درجه
در شکل 5 - الف - مدار هایبرید 180 درجه به طوري که بر میکرو استریپ قابل اجرا باشد را نشان می دهد. قسمت هاي کمرنگ تر زمین میکرواستریپ و قسمت هاي پررنگ خط آن را نشان می دهد. مقاومت ها و حفره ها هم در شکل مشخص هستند. مطابق شکل 4 براي اضافه کردن خروجی تفاضل ، نیاز به پلی است که به نحوي دو ورودي را اتصال دهد. در مدار هاي مربوط به دیگر مقالات، از اتصال هوایی یا القاء بین خطوط و زمین استفاده می شده است. اما در طرح ارائه شده از پل زمین استفاده شده که همانند القاء بین خطوط و زمین، نیازي به اضافه کردن بخشی بعد از چاپ مدار ندارد و همانند اتصال هوایی به طور مستقیم دو طرف خط را به هم متصل می کند.
شکل -5 - الف - شماتیک مدار هایبرید قابل ساخت بر روي میکرواستریپ، - ب - مبدل فاز
در شکل 4 بایستی متذکر شدکه قبل از تفاضلگر اختلاف سیگنالهاي ورودي بایستی یکسان باشند. لذا با توجه به اختلاف فاصله ي بین ورودي ها تا آن نقطه نیاز به یک مبدل فاز در مسیر با فاصله ي کمتر است. به عبارت دیگر مبدل فاز قرار داده شده مطابق شکل 5 - ب - به طور تقریبی از رابطه ذیل تبعیت می نماید:
همچنین براي جبران خمش موجود در خطوط خروجی و براي بهبود تطبیق فاز ها از شکاف روي خط ورودي مربوط به پورت 2 نیز استفاده شده - DMS - است. شکل 6 - الف - مدار نهایی را نشان می دهد. ابعاد دقیق DMS در شکل 6 - ب - نشان داده شده است.
مدار هاي نشان داده شده در شکل هاي 5 - الف - و 6 - الف - دقیقا مربعی با ضلع 2/8 سانتی متر می باشند. نسبت ابعاد این دو مدار در شکل ها به طور دقیق رعایت شده و با استفاده از این مقیاس می توان ابعاد همه ي خطوط را بدست آورد.
