بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله روشی جدید برای ایجاد تغییر فاز سیگنالها در باند X ابداع و توسعه داده شده است.و اثر آن در مدولاسیون دامنه QAM آنالیز و بررسی گردیده است.ازاین روش میتوان در کارکردهای آرایه فازی استفاده نمود .بدین جهت عملکرد و تاثیر این روش بر روی تغییر فاز و اثر آن بر روی بردار مقدار خطا اندازه گیری گردیده است.در این مقاله ویژگی ها و مشخصات یک YIG فیلتر توسط Network Analyser اندازه گیری شده و بهره و فاز در فرکانس 10GHz و پهنای باند 25MHz ثبت گردیده است.
پارامتر - S- parameter - S اندازه گیری شده در این روش با کمک نرم افزار متلب جهت مدولاسیون و دی مدولاسیون 16-QAM و یک آنتن آرایه فازی با مدلینگ یک سیستم کامل رادیویی شبیه سازی می شود وبردار مقدار خطا - - EVM ناشی از پاسخ گین و فاز YIG فیلتر برای زوایای مختلف Beam اندازه گیری می گردد. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که YIG فیلتر یک تغییر فاز پایدار و مناسب برای کاربرد های آرایه ای با یک تضعیف قابل قبول ارائه می دهد.اگر چه فیلتر استفاده شده در این آزمایش سطح 3db در محدوده عبورمیانی نداشت.ولیکن در ناحیه عبور یک عملکرد رضایت بخشی را ارائه می نمود.
-1 مقدمه
-1-1 تحقیقات مرتبط
در گذشته تکنولوژی های پسیو جهت ارائه شیفت فاز متغیر متداوم جهت فرکانس های پایین تا برخی از محدوده های گیگاهرتز استفاده می گردید.[3]مانند فیلتر های LC که توسط دیود های varactor که البته جوابگوی نیاز های عملیاتی در محدوده باند ایکس و تقریبا 10 گیگاهرتز نمی باشد. جایگزین هایی همانند خطوط سوئیچ تاخیر فقط تاثیرات گسسته ای از تاخیر فراهم می آورندو دستگاههای دارای تراشه های مایکروویو Monolithic فعال - MMIC - که جهت تولید سیگنالها برای المانهای هر آنتن می باشد ، پیچیدگی و قیمت را هم بالا می برد.شیفت دهنده فاز معمول - - YIGیا همان فیلم نازک گارنت آهنی Yttrium نیز بخشی از تحقیقات را در بر می گیرد.فیلتر های YIGو رزونیتورها همانند آنهایی که توسط میکرو لامبدا بی سیم ارائه شده است،جهت دیگر Applicationها جهت ارتباطات و تست تجهیزات مورد استفاده قرار گرفته است.
فناوری های استفاده شده جهت ارائه تغییر فاز متغیر مداوم جهت فرکانس های پایینتر تا برخی از حوزه های گیگاهرتز در فرکانسهای باند ایکس فعالیت انجام می دهند. - 8,2تا 12,4گیگاهرتز - .فیلمهای نازک YIGو اسلب های YIG جهت فراهم آوردن تاخیر های انتشار قابل تنظیم برای سیگنالهایی که توسط میکرو استریپ ها حمل می شوند،استفاده شده اند. یا خطوط انتقال Stripline که در چنین فرکانسهایی فعالیت می نماید.این موارد همچنین در جهت ارائه کوپلینگ تاخیر یافته بین خطوط انتقال موازی که روی مواد YIGسوار شده اند، استفاده گردیده اند. .
در این پروژه استفاده از فیلمهای آهن –ایتریم گارنت - - YIG که در بستر های ابعاد شبکه مناسب رشد نموده است و مخصوصا گالولینیوم-گالیوم-گارنت - GGG - به عنوان یک رسانه مغناطیسی قابل تنظیم برای شیفت دهنده فاز تشریح می گردد. .[2] با استفاده از این موارد که برروی Microstrip ها قرار داده شده است ،تاخیر انتشار امواج الکترومغناطیسی می تواند با یک میدان مغناطیسی خارجی متنوع شود.ضمنا اشاره می گردد که انجام و بکار گیری یک فرکانس می بایست به میزان خوبی از فرکانس تشدید کهYIG با آن تنظیم شده است ،فاصله داشته باشد .
در غیر این صورت افت زیادی خواهیم داشت.این تمایل به اسراف در مصرف انرژی در رزونانس شبیه به داشتن یک خازن تجزیه کننده - دی کوپلر - فرکانس بالا - یک خازن ساخته شده عمدی در مجموعه ای با اندوکتانس پارازیتی - می باشد ،که در جهت جذب انرژی در فرکانس رزونانسش ایفای نقش می کند.همین رفتار را میتوان با یک سلف و خازن مجزا به دست آورد. .[9] در هر صورت این مدار ممکن است به کاهش نویز هایی از قبیل هارمونیک هایی که از یک سیستم دیجیتال، دریافت رادیوئی را تحت تاثیر قرار می دهند - مختل می کنند - بینجامد. با این وجود،تضعیف در هنگام تعویض شیفت یک سیگنال امری ناخواسته است.
-2 روش انجام کار
ما به تشریح شیفت دهنده های فاز با استفاده از ویژگی های YIGو چرخش در جهت یک میدان مغناطیسی در فرکانس رزونانس خواهیم پرداخت. طراحی مد نظر از طریق استفاده از این خاصیت با استفاده از دو Microstrips متعامد قرار داده شده بر روی یک دیسک YIG صورت می گیرد.فیلتر تنظیم شده YIGاز همان رفتاری پیروی می کند که اجازه کنترل دقیق بر اساس یک فرکانس رزونانس موزون - قابل تنظیم - را می دهد،که به طور مشابه با قرار دادن دو حلقه متعامد سیم در اطراف یک کره YIG ساخته شده است . - شکل - 1 شیفت دهنده های فاز مبتنی بر گوی های YIG برای مطالعه بر اساس مزایای آشکار نسبت به دیگر تکنولوژی ها انتخاب گردیده اند.در شکل 2 مفهوم ارتباط دو طرفه - full - duplex به صورت بلوک دیاگرامی نشان داده شده است.
شکل :2 مفهوم اصلی سیستم دو جهته
در قیاس با خطوط تاخیر کواکسیال و یا مایکرواستریپ که توسط رله کننده مایکروویو سوئیچ می گردند،و به تولید مراحل مجزا در تغییر فاز منتج می شود، - به عنوان مثال تقسیم رینج180-/+ در افزایش 45 یا 22,5 بر اساس شاخص 3 بیت یا 4 بیتی - شیفت دهنده فاز YIG ارائه دهنده پاسخ متغیر مداوم است.این امر فراهم آورنده گین - بهره - بیشتر آنتن بر حسب بیم بسیار مستقیم تر و باریکتر خواهد بود.با این وجود ،سوئیچ نمودن رله ها نیازمند میلی ثانیه هاست.
بنابراین تنظیم نمودن متوالی و مداوم YIGبدان معنی خواهد بود که تمامی المان های آنتن بجز زمانی که از +180 تا Retract -180 مینماید ،بطور مداوم به فرم دهی بیم کمک می کند.سیگنالهایی از المانهای متفاوت آنتن ،از طریق شیفت دهنده های فازی YIGبدون نیاز به وسایل مایکروویو فعال بر روی المان آنتن، می توانندشیفت دهی فازی شوند.در نهایت برخلاف شیفت دهنده های فازی YIG فیلم نازک که موضوع حال حاضر این تحقیق است. Application مد نظر قرارگرفته با این شرایط احتمالا نیازمند یک المان آرایه آنتنی 15*15 است. نصب و راه اندازی شیفت دهنده های فاز با استفاده از تکنیک های فعلی ساخت بستر ترکیبی - Hybrid - و تکنیک های مونتاژ مانند اتصال روبان می تواند در یک برنامه ریزی کوتاه تر و با هزینه کمتر صورت پذیرد.
-3 انتخاب یک فیلتر تجاری
از آنجا که ساخت یک YIG فیلتر کارامد فرایندی سخت است جهت پروژه یک YIG فیلتر تجاری با نام YIG TEK مدل 183-43 - شکل - 3 انتخاب گردید.
-4 مدل پایه از رادیو دیجیتال با کانال ایده آل
اول اینکه مدل پایه در متلب ایجاد گردیده است. مرتبه مدلاسیون و طول رشته بیت متناسب براحتی کار شبیه سازی انتخاب گردیده است که مدولاسیون QAM-16 و طول رشته بیت16 سمبل انتخاب گردیده است. در این کار مرتبه پایین مدلاسیون باعث میگردد که طول رشته بیت بهبود یابد و مقدار - EVM - بردار خطا نیز اندازه گیری گردد. مدلاسیون QAM-16 با 16 نقطه در یک آرایه 4*4 نشان داده شده است و در 16 بیت در مبنای 16 - هگزادسیمال - مرتب گردیده اند تا داده ها را مدوله کنند. هر سمبل به دو بخش یک دو بیت کم ارزش در محور X یا I و بخش دوبیت با ارزش بیشتر در محور Y یا Q جدا میگردد. - جدول - I
حالت مطلوب به عنوان شیفت دهنده فاز در فرکانس مرکزی 10 GHZ با پهنای باند 25 MHZ در محدوده تغییر فاز +/-180° باید تضعیف در سرتاسر محدوده حدود 3 dB باشد که این حالت مطلوب برای ما در محدوده +60° تا +180° بدست آمد.به عبارت دیگر برای نمایش دادن عملکرد رادیویی با فیلتر YIG که در پهنای باند مشخص ، تغییر فاز مطلوب را ارائه دهد این محدوده فاز در نظر گرفته شد که 120° تغییر فاز یا 0,333λ میباشد.
رفتار آرایه فازی :
آنتن های آرایه فازی با ایجاد یک تداخل همتراز بین سیگنال ارسالی و یا دریافتی از المانهای آنتن قدرت و برد سیگنال دریافتی و یا ارسالی را افزایش میدهند - شکل - 4 رشته بیتی که جهت تست و ارزیابی انتخاب گردید [56A9401237BFEDC8] بود چرا که مقدار انتقال مینیمم میباشد و مرتبه پیچیدگی بیتها در نمایش نمودار صورت فلکی مدلاسیون کم است - شکل - 5 حاصل مدولاسیون QAM-16 و فرکانس RF باند پایه و پهنای باند 25MHZ فیلتر پاببن گذر - اعمال شده به باند پایه - base band - اما به همان اندازه یک فیلتر میان گذر از 9,9875 تا GHZ 10,0125 پس از میکس شدن با LO جهت تغییر سیگنال به باند X میباشد - در شکل 6 نشان داده شده است.
