بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک روش برای بهینه سازی کاپلر هایبرید چهار دهانه با خروجی های قابل تنظیم ارائه شده است. بهینه سازی در این کاپلر با استفاده از روش خطوط انتقال تا شده به جای خطوط انتقال اصلی و بکار بردن ساختار T شکل می باشد.
این روش باعث کاهش اندازه تا %68 نسبت به اندازه اصلی در فرکانس 1GHz شده است. همچنین با استفاده از این روش و تغییر در ساختار T شکل می توان به خروجی های قابل تنظیم دست یافت. کاپلرهای طراحی شده در این مقاله با خروجی های متقارن و نامتقارن می باشند که هر دو به طور جداگانه بر روی زیر لایه Rogers 4003 با r=3.55 ، WDQ 0.0027 و ضخامت 0.508 میلی متر ساخته شده و مورد بررسی قرار داده شده است. نتایج به دست آمده توسط نرم افزار HFSS شبیه سازی و بررسی شده است.
.1 مقدمه
کاپلرها یکی از متداول ترین مدارهای غیر فعال مورد استفاده در کاربردهای ریز امواج می باشند.[1] یک کاپلر مرسوم تشکیل شده از چهار قسمت خط انتقال یک چهارم طول موج در فرکانس مورد نظر .[2] این کاپلر یک مدار چهار پورته می باشد که دو خط انتقال یک چهارم طول موج با امپدانس مشخصه Z0 و دو خط انتقال دیگر با امپدانس مشخصه به یکدیگر کوپل شده و در انتهای خط به هم وصل می باشند .[3] این کاپلر می تواند کاربردهایی در میکسرهای متوازن، تقویت کننده های پوش پول و شبکه های تغذیه آنتن داشته باشد .[4] توضیحات و تحلیل کامل مد زوج و فرد در [5] آمده است.
کاپلرهای مرسوم به خصوص در فرکانس های پایین سطح بزرگی از مدار را اشغال می کنند، از این رو تلاش های زیادی جهت کاهش ابعاد آن انجام شده است .[6] استفاده از ساختار انتقال CRLH1 برای کاپلر دو بانده [7] و استفاده از خطوط شانه ای برای کاپلر هایبرید [8] 3dB از روش های کوچک سازی می باشند. در [9] استفاده از ساختار معادل T شکل برای بهینه سازی استفاده شده که در نتیجه باعث کاهش 55% کاپلر نسبت به مدل مرسوم شده است.
استفاده از تشدید کننده های C-SCMRC2 باعث کاهش اندازه و محو هارمونیک می شود .[10] بهینه سازی کاپلرهای ریز نوار مسطح نامتقارن3 و موجبر مسطح مدار مجتمع مایکروویو یک پارچه4 با استفاده از بارگذاری استاپ های سری و موازی باعث کاهش اندازه سطح از 30% تا 60% می شود .[11] یک روش طراحی دیگر برای کوچک سازی کاپلر 3dB استفاده از خطوط انتقال امپدانس بالا و خازن های توزیع شده در ناحیه داخلی فضای خالی می باشد
کاهش ابعاد کاپلر تا 63% با خطوط انتقال ساختگی5 به جای خطوط انتقال معمولی امکان پذیر است .[13] محو هارمونیک ها و کاهش سایز با بکار بردن روش [14] MEBE 6 از دیگر روش های بهینه سازی کاپلر می باشند، که خروجی قابل کنترل و کاهش هرچه بیشتر سایز کاپلر می تواند از دیگر مزیت ها در طراحی باشد.
در این مقاله با استفاده از خطوط انتقال تا شده به جای خطوط انتقال اصلی و همچنین استفاده از ساختار T شکل اندازه کاپلر تا 68% نسبت به اندازه اصلی آن کاهش یافته و همچنین می توان با کمی تغییر در ساختار T شکل به خروجی قابل تنظیم با اختلاف فاز 90 -1 نیز دست یافت. این کاپلر بر روی زیر لایه Rogers 4003 با ضخامت 0.508 میلی متر ساخته می شود.
شکل -1 یک کاپلر ساده - الف - تصویر یک کاپلر ساخته شده - ب - .
.2 توضیحات طراحی و نتایج
در شکل 1 یک کاپلر ساده و مدل ساخته شده آن با چهار خطوط انتقال یک چهارم طول موج با دهانه های تعیین شده نشان داده شده است. در شکل - -2الف - یک خط انتقال ساده با امپدانس Z و طول الکتریکی و در - ب - معادل تا شده آن را نشان می دهد. شکل - -2 ج - و - -2د - نشان دهنده یک خط انتقال ساده به همراه معادل ساختار T شکل آن می باشد که به سه قسمت با امپدانس های Z1، Z2، Z3 و طول الکتریکی 1 ، 2 و 3 تقسیم شده است. با توجه به [2] رابطه میان خط انتقال یک چهارم طول موج و معادل ساختار T شکل آن برابر خواهد شد با رابطه - 1 - و - 2 - که جهت سهولت در محاسبات Z1=Z3 در نظر گرفته شده است.
شکل -2 خط انتقال ساده و معادل تا شده - ب - و ساختار T - د - .
همچنین طبق [2] می توان برای امپدانس Z2 و طول الکتریکی 2 در معادل ساختار T شکل گفته شده، کاهش بیشتر سایز را با استفاده از المان های شبه فشرده - Quasi-Lumped Elements - به دست آورد. برای این منظور مدار معادل LC آن در شکل 3 نشان داده شده است که مقادیر L و C طبق رابطه - 4 - و - 5 - که قبلا در [2] اثبات شده، آمده است.
