بخشی از مقاله
خلاصه
دراین مقاله، طرح نوینی از یک دیپلکسر مایکرواستریپ چهار کاناله با ترکیب مشددهای حلقه باز و ساختار زمین ناقص ارائه شده است. این طرح شامل دو مشدد حلقه باز جهت ایجاد دو فرکانس تشدید قابل کنترل با طولهای الکتریکی متفاوت، به همراه یک ساختار زمین ناقص دمبلی شکل بعنوان یک مشدد سلفی خازنی درمیانهی خط تغذیه است. طرح پیشنهادی در دو باند پرکاربرد فرکانسی C و X بهترتیب در فرکانسهای 5/6، 6/6، 7/8 و 9/4 گیگاهرتز عمل میکند. ایزولاسیون بین دهانه های خروجی کمتر از -29 دسیبل است. ابعاد ساختار دیپلکسر پیشنهادی 30*18*0/508 میلیمتر مکعب بر بستر زیرلایه RO4003C است.
.1 مقدمه
دیپلکسر یکی از ساختارهای اساسی و مهم در طراحی سیستمهای ارتباطی مدرن بشمار می رود. دیپلکسر یک سیگنال را به چندین کانال تقسیم یا چند کانال را در یک سیگنال ترکیب مینماید و در مواقع نیاز به چندین کانال در سیستمهای مایکروویو، مورد استفاده قرار میگیرد. دیپلکسرها شامل فیلترها و شبکههای تطبیق امپدانس بوده، مدار تطبیق به عنوان یک واسطه گذار در فرکانس مرکزی یک کانال از دیپلکسر عمل کرده و فرکانسهای مرکزی دیگر مدار را، مدار باز میکند. در طراحی یک دیپلکسر، افزایش باندهای کاری یا تعداد کانالها بعنوان یک چالش محسوب میشود.
در [2]، یک دیپلکسر هشت کاناله با استفاده از شانزده مشدد حلقه باز رایج و بهرهگیری از خط تغذیه مشترک و توزیع تزویج ارائه شده است. هر جفت مشدد برای یک فرکانس تشدید بکاررفته و ابعاد جفت مشددهای مربوطه کنترل کنندهی آن فرکانس تشدید است.
در [3]، یک دیپلکسر چهار کاناله با ساختاری متشکل از دو فیلتر دوبانده با پیکربندی مشددهای امپدانس پلهای و خطوط تزویج منبع و بار ارائه شده است. فرکانس هر فیلتر با تنظیم نسبت امپدانس و نسبت طول الکتریکی دو جفت مشدد امپدانس پلهای تعیین میگردد. در [4] ، به طراحی یک فیلتر میانگذر دوبانده، ابتدا با دو مشدد پچ مستطیلی در دو طرف خط مایکرواستریپ و سپس حذف یک مشدد و ایجاد زمین ناقص دمبلی شکل در میانهی خط مایکرواستریپ پرداخته، که اعمال زمین ناقص سبب کاهش اندازه فیلتر شده است.
در این بررسی، ابتدا یک دیپلکسر مایکرواستریپ دو بانده با ساختار مشدد حلقه باز و سه خط مایکرواستریپ ارائه شده است، که بهرهگیری از تک مشدد برای هر فرکانس تشدید و خط تغذیه مشترک سبب کاهش اندازه میگردد، سپس با اعمال ساختار زمین ناقص دمبلی شکل در میانهی خط تغذیه چهار فرکانس تشدید در دوباند C و X ایجاد میگردد.
.2 ساختار زمین ناقص
در حال حاضر ساختارهای زمین ناقص بطور گستردهای در ابزارههای فعال و غیرفعال مورد استفاده قرار میگیرند. هر شکل از ساختارهای زمین ناقص دارای ویژگیهای خاص خود بوده و با توجه به شکل و اندازهی آن روی ساختار تاثیرگذار خواهد بود. ساختارهای زمین ناقص جهت بهبود عملکرد در فیلترها، موجبرهای کوپلر و تقویتکنندههای مایکرویو، مورد استفاده قرار میگیرند. ساختارهای زمین ناقص برای کوچکسازی اندازهی ساختارها، افزایش بهره و پهنای باندکاری، کاهش اثرمتقابل میان دو شبکه، سرکوب هارمونیکهای مرتبه بالا و تقاطع قطبش ناخواسته و ایجاد شکاف باند برای جلوگیری از تداخل باندها بکار میروند.
بسیاری از اشکال زمین ناقص ساختارهای پیچیدهای دارند اما ساختار دمبلی شکل بدلیل سادگی در بسیاری از مدارهای مایکرواستریپ کاربرد دارد. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود، این ساختار از دو قسمت مستطیلی با مساحت a*b و شکاف g*w تشکیل شده است.
شکل :1 ساختار زمین ناقص دمبلی شکل
قسمتهای مستطیلی شکل ساختار زمین ناقص دمبلی باعث افزایش طول مسیر جریان و اندکتانس - - L موثر می-گردند و شکاف ساختار زمین ناقص سبب تراکم بار و افزایش ظرفیت خازنی - - C موثر خط مایکرواستریپ میگردد. مدار معادل ساختار زمین ناقص در شکل 2 آورده شده است.
شکل :2 مدار معادل ساختار زمین ناقص دمبلی شکل
در ساختار زمین ناقص دمبلی شکل، شکاف خازنی سبب بهبود مشخصهی انتشاری باند گذر بدلیل بهبود تزویج الکتریکی میگردد. همچنین به دلیل آنکه این ساختار و خط تغذیه یک مشدد سلفی خازنی را تشکیل میدهند، ایجاد یک صفر انتقال مینماید.[7] در این مقاله با توجه به این دو مشخصه ساختارهای زمین ناقص دمبلی شکل، در طراحی جهت افزایش تعداد کانالهای دیپلکسر مایکرواستریپ از آن بهره گرفته شده است.
.3 طراحی، شبیهسازی و نتایج
طراحی دیپلکسر پیشنهادی در دو مرحله انجام میشود: -1 طراحی دیپلکسر دوکاناله دوباندی با استفاده از مشددهای حلقه باز و ایجاد دو فرکانس تشدید در فرکانسهای 7/5 و 9 گیگاهرتز، -2 ایجاد ساختار زمین ناقص در میانهی خط تغذیهی مایکرواستریپ و ایجاد دو فرکانس تشدید دیگر در فرکانسهای 5/6 و 6/6 گیگاهرتز.
لازم به ذکراست در مرحله دوم طراحی، ساختار زمین ناقص نه تنها بر خط تغذیه تاثیرگذار بوده، بلکه بر عملکرد فرکانسی مشدد نیز موثر است و به دلیل کوچکسازی ساختار دراین مرحله نسبت به مرحله اول طراحی، فرکانس مشددها افزایش یافته است.
در مرحله ی اول طراحی همانگونه که در شکل 3 مشاهده میشود، یک دیپلکسر دوباندی مایکرواستریپ دو کاناله با پیکربندی مشددهای حلقه باز و سه خط مایکرواستریپ با طولهای الکتریکی مختلف پیشنهاد شده است. هر مشدد یک فرکانس تشدید ایجاد کرده که این فرکانس توسط ابعاد فیزیکی مشدد قابل کنترل است، که این امر سبب آزادی عمل در طراحی میگردد.
دیپلکسر پیشنهادی روی زیرلایه R4003C با ثابت دیالکتریک نسبی 3/38 و ضخامت 0/508 میلیمتر طراحی شده است. فاصلهی بین خطوط مایکرواستریپ و مشددها برابر با 0/35 میلیمتر میباشد. مشددها دارای تزویج مغناطیسی با خط تغذیه بوده و طول شکاف مشددها 1 میلیمتر است. خطوط تغذیه مایکرواستریپ با امپدانس 50 اهم و عرض 1/2 میلیمتر طراحی شدهاند. ابعاد دیپلکسر پیشنهادی 18*30 میلی مترمربع برابر با 0.5 *0.3 است.
شکل :3 ساختار دیپلکسر پیشنهادی
