پایان نامه طراحی وبهینه سازی کوپلر حلقوی میکرواستریپ

پایان نامه طراحی وبهینه سازی کوپلر حلقوی میکرواستریپ

فصل اول 

1-1) مقدمه 

مایکرویوها امواج الکترومغناطیسی هستند که محدوده فرکانسی آنها تقریبا از 300 مگاهرتز تا 1000 گیگاهرتز می باشد. بیشتر کاربردهای صنعت مایکروویو در محدوده 1 تا 40 گیگاهرتز است. اینگونه امواج چون طول موج بسیار کوتاهی در محیط انتشار دارند امواج مایکروویو یا ریزموج نامیده می شوند.

طیف الکترومغناطیس در انتهای پایین ناحیه مایکروویو مرز بین فرکانس های رادیو و تلویزیون است در حالی که انتهای بالای آن همجوار به طیف های نوری و مادون قرمز می باشد. 

مایکروویو در جامعه مدرن ما کاربردهای فراوانی دارد. از فرستادن سیگنال تلویزیون از روی اقیانوس تا پختن غذا در چند دقیقه را شامل می شود. از امواج مغناطیسی به دلیل بالا بودن فرکانس در انتقال اطلاعات آنالوگ و دیجیتال استفاده های زیادی می شود چرا که بالا بودن فرکانس آنها ظرفیت انتقال اطلاعات را در سیستم هایی که از امواج مایکروویو برای انتقال اطلاعات استفاده می کنند افزایش می دهد. توانایی تمرکز امواج رادیویی، تابعی از اندازه آنتن و طول موج عملکرد است. برای یک آنتن با اندازه معین توانایی تمرکز با کم نمودن طول موج بهبود می یابد. برای مثال عرض شعاع رادیویی یک آنتن سهموی به قطر یک متر تقریبا 50 درجه در 1GHZ است در حالی که این عرض فقط 5 درجه در 10GHZ است. برای راندمان مخابرات بین دو نقطه، این نکته مهمی است که سیگنال فرستنده با تمرکز زیاد به طرف آنتن گیرنده جهت گیری کند.

یک سیستم انتقال که در فرکانس 60MHZ کار می کند، اگر پهنای باند آن 6 درصد فرکانس مرکزی باشد، فقط می تواند یک کانال تلویزیون را انتقال دهد، در حالی که اگر همان سیستم بتواند در فرکانس 60GHZ کار کند، با همان درصد پهنای باند، می تواند تقریبا 100 کانال تلویزیونی انتقال دهد. 

همین قابلیت های امواج مایکروویو موجب شده است تا در دنیای روبه رشد امروز، که هر روز نیاز به افزایش حجم اطلاعات می باشد، بتوان جوابگوی نیاز وسیع جامعه بشری به ارتباطات بود. 

سیستم های رادار، کاربرد اصلی دیگر مایکروویو می باشد. از آنها به عنوان آشکار سازی هواپیما، هدایت موشک های ماورای صوت، مشاهده و ردگیری، هواشناسی و کنترل ترافیک هواپیما در فرودگاه ها استفاده می شود. 

2-1) قطعات مایکروویوی 

تنوع عظیمی از قطعات جهت استفاده برای کنترل و سیستم تولید سیگنال مایکروویوی وجود دارد. اتصالات هایبرید از جمله این قطعات مایکروویوی هستند. 

یک اتصال هایبرید 180 درجه، یک چهار پورتی است که اختلاف فاز بین دو پورت خروجی آن 180 درجه می باشد. 

سیگنال تابش از پورت 1 به دو قسمت هم فاز در پورت های 2 و 3 تقسیم می شوند و در پورت 4 سیگنالی نخواهیم داشت که اصطلاحا این پورت ایزوله است. حال اگر سیگنال تابش به پورت 4 اعمال شود به دو قسمت با اختلاف فاز 180 درجه در پورت های 2 و 3 تقسیم خواهد شد و در این حالت پورت 1 ایزوله خواهد بود. 

از این قطعه می توان به عنوان جمع کننده استفاده کرد. مجموع سیگنال های تابشی به پورت های 2 و 3 در پورت 1 و تفاضل آنها در پورت 4 خواهد بود از اینروست که گاهی پورت های 1 و 4 را به عنوان پورت های مجموع (E) و تفاضل (^) می نامند. 

یک اتصال هایبرید 180 درجه به چند صورت قابل ساخت است. 

1- کوپلر حلوقوی جهت دار که به کمک خطوط مایکرواستریپ یا استریپ لاین قابل ساخت هستند. 

2- به صورت خط کوپل شده باریک شونده. 

3- به صورت هایبرید با اتصال موجبری یا اتصال T جادویی.

اتصال هایبرید نوع اول یا کوپلر حلقوی جهت دار کاربردهای بسیار وسیعی در رادار و مخابرات باند وسیع دارد و در ساخت قطعاتی همچون مخلوط کننده ها، تقسیم توان برای آنتن های آرایه ای میکرواستریپ، تقویت کننده های متعادل، تمیز دهنده فرکانسی، شیفت دهنده های فازی، مدولاتورها و غیره کاربرد دارد. 

اما با توجه به مقدار تغییرات دامنه و فاز، VSWR و ایزولاسیون پورت ها، پهنای باند یک کوپلر حلقوی حدود 20 تا 25 درصد فرکانس مرکزی است. 

مطالعات و تحقیقات زیادی در مورد افزایش پهنای باند کوپلرهای حلقوی انجام گرفته است. در این پروژه تعدادی از مقالات و تحقیقات انجام شده در زمینه کوپلرهای حلقوی همچنین روش هایی که برای افزایش پهنای باند مؤثر این قطعه و افزایش ایزولاسیون پیشنهاد شده را بررسی خواهیم کرد، در فصل پنجم طرح تقسیم کننده توان با پهنای باند وسیع را معرفی و تحلیل می کنیم و مشخصات یک تقسیم کننده توان پنج پورتی را بیان می کنیم، برای تحلیل مشخصات یک تقسیم کننده توان حلقوی از یک برنامه کامپیوتر که به زبان matlab نوشته شده است، بهره خواهیم گرفت.