Sol-sağ kompozit iletim hattına dayalı çift frekanslı eşit olmayan bölme güç bölücü
Mikrodalga sisteminin temel unsuru olan güç bölücü (güç bölücü), dizi antenler, güç amplifikatörleri ve mikserler gibi mikrodalga sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, eşit olmayan güç bölücüler de bu uygulamalarda sıklıkla görülür. Çok frekanslı iletişim sistemlerinin geliştirilmesiyle, çift bantlar için eşit olmayan bölme gücü bölücüler üzerine çok sayıda çalışma yapılmıştır. Eşitsiz güç bölücünün çift frekanslı çalışmasını gerçekleştirmek için, eşit olmayan güç bölücü tasarımında bir bileşik sol ve sağ el iletim hattı (CRLHTL) kullanılır.
Bu yazıda, teorik analiz yoluyla, CRLH TL'ye dayalı eşit olmayan güç bölücünün S-parametreleri türetilmiştir. Daha sonra CRLH TL'nin çift frekans karakteristiğini uygulayarak ve eşit olmayan güç bölücü yapısını birleştirerek, 1 GHz ve 2.2 GHz'de çalışabilen çift frekanslı eşit olmayan bir güç bölücü tasarlanmıştır. Ve devrenin elektromanyetik simülasyonunu ve devre parametresi optimizasyonunu gerçekleştirmek için CAD yazılımını kullanın ve son olarak simülasyon ve deneysel test sonuçlarını karşılaştırarak teorinin doğruluğunu onaylayın.
1 Eşit olmayan güç bölücünün devre yapısı
Eşit olmayan güç bölücünün CRLH TL'ye dayalı devre yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Bunlar arasında, CRLH TL'nin karakteristik empedansı Zk1, Zk2'dir. R, port 2 ve port 3'ün izolasyon direncidir.
Çeyrek dalga boylu CRLH TL'nin ABCD parametreleri:
Bunlar arasında Zin1 ve Zin2, sırasıyla Zk1 ve Zk2'nin CRLH TL'si bir yük ile sonlandırıldığında giriş empedansı olan karakteristik empedanslardır.CRLH TL'nin yapısı belirlendikten sonra denklem (2) ile hesaplanabilir.
Port 1'in yansıma katsayısı:
S23'ü hesaplamak için, önce port 1'in Z0 yükü ile sonlanmasına izin verin ve ardından iki portlu ağı analiz ederek port 2 ve port 3'ün kuplaj durumunu elde edin. Şekil 2'de gösterildiği gibi, iki bağlantı noktalı ağ, tipi eşdeğer bir ağ ile temsil edilebilir.
İki portlu ağ aslında Zk1 karakteristik empedanslı bir CRLH TL, bir paralel direnç Z0 ve karakteristik bir Zk2 empedansına sahip bir CRLH TL basamaklandırılarak oluşturulur. Önce her bir parçanın ABCD parametreleri elde edilebilir ve ardından ABCD parametreleri çarpıldıktan sonra Y parametrelerine dönüştürülebilir. İki portlu ağın ABCD parametreleri:
G = 1 / R = -Y23 olduğunda, bağlantı noktası 2 ve bağlantı noktası 3 ayrıştırılır. Aynı zamanda, izolasyon direnci denklem (10) ile de hesaplanabilir:
2 Çift frekanslı çeyrek dalga boyu CRLH TL
Bir CRLH TL biriminin toplu elemanının (LE) eşdeğer modeli Şekil 3'te gösterilmektedir.
CRLH TL'nin ikili frekans özelliklerini göstermek için, LR = 2,5 nH, CR = 1 pF, LL = 2,5 nH, CL = 1 pF ve N = 10 olsun. Şu anda, CRLH TL'nin karakteristik empedansı, dengeli bir CRLH TL olan ZC = ZR = ZL = 50 şeklindedir. CRLH TL'nin Unwarpped Phase cevabı Şekil 4'te yapılmıştır. PRH ve PLH'nin Şekil 4'teki faz cevabı sırasıyla LL = 0, CL = 0 ve LR = 0, CR = 0 yapılarak elde edilebilir. .
CRLH TL'nin faz cevabının ofseti ve eğimi, LR, CR, LL, CL makul şekilde ayarlanarak değiştirilebilir.
Tek bölümlü çeyrek dalga boylu PRH iletim hattı için, çalışma frekansı f1 olduğunda, faz yanıtı - / 2'dir. Çalışma frekansı f2 = 3f1 olduğunda, faz tepkisi -3 / 2'dir. Herhangi iki frekansta (f1, f2) (- / 2, -3 / 2) faz yanıtına ulaşmak için, C (f1) = - / 2, C (f2) = - 3 / 2 kullanabilirsiniz. , LE eşdeğer modelinin eleman değerini elde etmek için formül (5), formül (6), formül (11) 'i çözün ve ardından bunu gerçekleştirmek için uygun bir fiziksel yapı bulun.
Bu makale, Şekil 5'te gösterildiği gibi N-birimi CRLH TL'yi gerçekleştirmek için iletim hatlarıyla birleştirilmiş SMT çip üstü bileşenlerini kullanır.
Aşağıdaki tasarım formülünü kullanarak çalışma frekansına (f1, f2) karşılık gelen faz cevabını (- / 2, -3 / 2) belirledikten sonra, Şekil 5'te gösterilen N birimden oluşan CRLH TL'nin LE'sini doğrudan hesaplayabilirsiniz. Eşdeğer model bileşen değeri.
LR1 = 9,39 nH, CR1 = 3,54 pF, LL1 = 22,8 denklemleri çözmek için (12) ve (13) denklemlerine Zk1 = ZR1 = ZL1 = 51,5 , f1 = 1 GHz, f2 = 2,2 GHz ve N = 2 olsun nH, CL1 = 8,59 pF. Aynı şekilde, Zk2 = ZR2 = ZL2 = 103 , N = 2 olsun ve denklemi çözerek LR2 = 18.1 nH, CR2 = 1.77 pF, LL2 = 45.5 nH, CL2 = 4.29 pF ve hem LL hem de CL toplu Bileşen gerçekleştirme.
Son olarak, LR ve CR'nin denklem (9) ile değiştirilmesi, RH'nin hem -2.29 olduğunu ve Şekil 3'teki her iki taraftaki iletim hatlarının elektrik uzunluklarının toplamının 131 ° olduğunu hesaplayabilir. Spesifik 1 ve 2'nin eşit olması gerekmez ve harici devreye göre ayarlanabilir.
3 Simülasyon tasarımı
Geleneksel tek frekanslı eşit olmayan yöntem güç bölücünün branş hattı, çeyrek dalga boylu bir iletim hattıdır. Herhangi iki frekansta (- / 2, -3 / 2) bir faz yanıtı sunmak istiyorsanız, geleneksel eşit olmayan güç ayırıcı branş hattını uygulamak için CRLH TL'yi kullanabilirsiniz.Şematik diyagram Şekil 6'da gösterilmiştir.
Simülasyon sonucu, substrat olarak 1 mm kalınlığında, dielektrik sabiti ve kayıp teğeti r=4.4@1 GHz, tan=0.01@1 GHz olan FR4 kartını kullanır.
Şekil 7'de gösterildiği gibi, SMT on-chip bileşenlerinin tümü ayrı değerler olduğundan, LL ve CL teorik hesaplama sonuçlarına en yakın SMT on-chip bileşen değerlerini seçebilir ve EM ve şematik eklem simülasyonu ve optimize edilmiş devre bileşeni parametreleri aracılığıyla devre parametrelerini optimize edebilir. Değerler Tablo 1'de gösterilmektedir.
Simülasyon sonuçları Şekil 8 ve Şekil 9'da gösterilmiş ve (21) ~ (24) denklemlerinin teorik hesaplama sonuçları karşılaştırılmıştır. 1 GHz ve 2.2 GHz'de teorik değerin S11 ve S23'ü ve simülasyon sonucunun her ikisi de -20 dB'den azdır, bu da port 1'in bu iki çalışma frekansında eşleştiğini ve port 2 ve port 3'ün ayrıştırıldığını gösterir. Aynı zamanda, 1 GHz ve 2.2 GHz'de teorik değer ve simülasyon sonucu = S21-S313 dB. Bu, bağlantı noktası 2'nin bağlantı noktası 3'e güç oranının yaklaşık 2 olduğunu gösterir.
4. Sonuç
Bu makale, CRLH TL'nin faz yanıtını analiz eder ve çift frekans özelliklerini kullanarak çift frekanslı çeyrek dalga boylu CRLH TL'yi iletim hatlarının yapısı ile birleştirilmiş SMT çip üstü bileşenleri kullanarak kullanır ve bunu elde etmek için eşit olmayan güç bölücülere uygular. Çift frekanslı çalışma. Son olarak, bu üç bağlantı noktalı ağın S parametreleri teorik analiz yoluyla elde edilir ve CAD yazılımı, tasarımın simülasyon doğrulaması ve optimizasyonu için kullanılır. Teorik analiz sonuçları temelde simülasyon verileriyle tutarlıdır ve teorinin doğruluğunu ve tasarımın uygulanabilirliğini doğrular.
Referanslar
POZAR D M. Mikrodalga mühendisliği (3. baskı) New York: Wiley Press, 2005.
Fan Haijun, Zhou Xilang.Yeni bir minyatürleştirilmiş ultra geniş bant güç bölücünün tasarımı.Elektronik teknoloji uygulaması, 2011, 34 (23): 20-22, 26.
PARK M J. Basitleştirilmiş yapıya sahip çift bantlı eşit olmayan güç bölücü IET Mikrodalgaları Antenleri ve Yayılımı, 2011, 5 (15): 1891-1896.
YANG I, KAHNG S, KAHNG K S, ve diğerleri.Tamamen baskılı CRLH faz kaydırma hatları ile minyatürleştirilmiş çift bantlı eşit olmayan güç bölücü 43. Avrupa Mikrodalga Konferansı Bildirileri, 2013: 140-143.
ROBERT E C. Mikrodalga mühendisliği için temeller (2. baskı) New York: Wiley Press, 2001: 394-480.
LIN I H, VINCENTIS M D, CALOZ C, ve diğerleri Kompozit sağ / sol-el iletim hatları kullanan rastgele çift bantlı bileşenler Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri üzerine IEEE İşlemleri, 2004, 52 (4): 1142-1149.
yazar bilgileri:
Lin Jianxin, Yu Kai, Li Sizhen, Zhang Guohao
(Bilgi Mühendisliği Okulu, Guangdong Teknoloji Üniversitesi, Guangzhou, Guangdong 510000)
