Thiết kế bộ chia công suất dùng phần tử tập trung và phần tử phân tán

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG  THIẾT KẾ BỘ CHIA CÔNG SUẤT DÙNG PHẦN TỬ TẬP TRUNG VÀ PHẦN TỬ PHÂN TÁN I THIẾT KẾ BỘ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG DÙNG PHẦN TỬ PHÂN TÁN TỔNG QUAN: Phần tạo layout-based 20dB ghép định hướng tần số 1500MHz sử dụng mạch in chuẩn FR-4 BỘ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG: 2.1 Cách tạo ghép định hướng mới: Chạy phần mềm Genesys Chọn File → New trang Getting Stered with Genesys xuất Dưới mẫu Synthesize a new design, chọn Signal Control chọn OK (tham khảo Figure 1) Khi bảng hộp thoại sau xuất hiện, chọn Factory Default Values, nhập vào tên có dạng D_coupler chọn OK (tham khảo Figure 2) Một mẫu định dạng đồng chia công suất hiển thị, lúc xuất Workspace Tree gồm Analysis, Dataset, Schematic đồ thị, xem Figure -1- Ở cửa sổ Signal Control Properties (Figure 4), chọn Type Coupler (90 deg), Class chọn Backward Wave, Subclass chọn Width Symmetric Lưu ý lúc cửa sổ hiển thị sơ đồ mạch cập nhật thay đổi -2- Ở thẻ Setting, thay đổi Coupling (dB) thành 20 thay đổi thơng số cịn lại định dạng (Figure 5) 2.2 Tạo layout Trong cửa sổ Signal Control Properties, chọn Options (Figure 6) Chọn Select Manufacturing Process Trong cửa sổ Convert Using Advanced TLINE, chọn Microstrip bỏ chọn Absorb Discos, preserving circuit response when possible -3- Chọn OK Trong hộp thoại Subtrate Needed, chọn Load From Library để mở thư viện mạch in thực tế (Figure 7) Nhấp đôi vào FR-4 Rolled Cu@ 1000 MHz oz để lựa chọn mạch này, nhấp OK Một mạch in chèn vào Workspace Tree, xem Figure -4- Chọn Create a layout Kiểm tra sơ đồ mạch mới, nơi phần tử tên đường dây truyền sóng có kích thước xác Chú ý mơ hình khơng liên tục (discos) chèn vào, xem Figure Ở phần cửa sổ sơ đồ mạch D_coupler_Design, nhấp chọn thẻ Layout để mở cửa sổ layout ghép Figure 10 Check chọn hồi đáp đố thị để hệ số ghép xấp xỉ 20dB -5- 2.3 Tiến hành Add Momentum Analysis 1.Ở cửa sổ Layout (nằm cửa sổ D_coupler_Design), ấn tổ hợp Ctrl-A để lựa chọn tồn layout sau từ menu nhấp chọn Layout → Connect Selected Parts để liên kết layout lại, Figure 11 -6- Nhấp chuột phải vào thư mục D_coupler_Dir nhấp chọn Add→Analyses→Add Momentum Analysis để tạo mô EM, xem Figure 12 Trong hộp thoại Momentum Options (Figure 13), Frequency range, nhập Start 0.8 Ghz, Stop 2.2 GHz, Adaptive (AFS):Max Point nhập 50 Các thơng số khác để mặc định Sau đó, nhấp chọn Calculate Now đề chạy chương trình Cửa sổ Momentum2 Simulation Status hiển thị tất thông tin liên quan (Figure 14) Có thể xem chi tiết mơ EM sử dụng phím tắt Ctrl+Shift+S để mở cửa sổ Simulation Log -7- Trở lại cửa sổ Layout Momentum Mesh tạo lớp kim loại Hãy Drawing Option mở (từ menu, nhấp Layout→Layout Properties) để xem khung lưới 2.4 So sánh kết với mơ mạch tuyến tính Ở Workspace Tree, nhấp đôi chuột vào biểu tượng D_coupler_Response để mở đồ thị, Figure 15 Nhấp đôi chuột vào đồ thị để mở hộp thoại D_coupler_Response Properties Kế tiếp, chèn Momentum2_Data Context vẽ S31 S11 Figure 16 -8- Nhấp chọn OK, đồ thị bị chồng lấn lên đồ thị cũ, xem Figure 17 Lưu lại cửa sổ làm việc -9- II BÀI TẬP ► Xét mơ hình Hình Three-port resistive power divider ► Mơ hình thiết kế phần mềm Genesys hình - 10 - Port_2 Port_1 ZO=50Ω R2 R=16.667Ω R1 R=16.667Ω Port_3 R3 R=16.667Ω Hình Sơ đồ nguyên lý chia T ► Kết : Hình Đồ thị biểu diễn S[1,1];S[2,2]và S[3,3] - 11 - Hình Đồ thị biểu diễn S[2,1], S[3,1] Hình Đồ thị biểu diễn S[2,1],S[1,2],S[1,3]và S[3,1] - 12 - Hình Đồ thị biểu diễn S[2,3] S[3,2] → Kết luận : - S11 = S22 = S33 =0  Mạch có phối hợp trở kháng (hình 3) - S21 = S31 = -6 dB  Mạch có suy hao (hình 4), cơng suất ngõ giảm ¼ so với cơng suất vào - S21 = S12 = S31 = S13 = -6 dB Mạch có tính thuận nghịch ( hình 5) - S23 = S32 ≠ Mạch khơng cách ly (hình 6) - 13 - Wilkinson power divider ► Xét mô hình 1.1 Hình 1.1 Bộ chia Wilkinson dùng đường dây λ / ► Dùng Phần mềm AppCAD để có đặc tính đoạn dây Chất điện mơi sử dụng R3003 ½, 10mil Hình A Đoạn Z0 =50 Ohm - 14 - Hình B Đoạn λ / , Z0 =70.71 Ohm ► Mơ hình thiết kế phần mềm Genesys hình 2.2 BN1 W=0.3336mm TL1 W=0.618mm L=2.7mm TL2 W=0.3336mm L=24.82mm R1 R=100Ω Port_1 ZO=50Ω TE1 W1=0.3336mm W2=0.3336mm WS=0.618mm Port_2 ZO=50Ω TL4 W=0.618mm L=2.7mm Port_3 ZO=50Ω BN2 W=0.3336mm TL3 W=0.3336mm L=24.82mm TL5 W=0.618mm L=2.7mm Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý chia Wilkinson - 15 - ► Kết : Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn S[1,1];S[2,2]và S[3,3] Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn S[2,1], S[3,1] - 16 - Hình 5.5 Đồ thị biểu diễn S[2,1],S[1,2],S[1,3]và S[3,1] Hình 6.6 Đồ thị biểu diễn S[2,3] S[3,2] - 17 - Hình 7.7 Đồ thị biểu diễn pha port → Kết luận : - S11 = S22 = S33 =0  Mạch có phối hợp trở kháng (hình 3.3) - S21 = S31 = -3 dB  Mạch khơng suy hao (hình 4.4), cơng suất ngõ giảm 1/2 so với công suất vào - S21 = S12 = S31 = S13 = -3 dB Mạch có tính thuận nghịch ( hình 5.5) - S23 = S32 = Mạch có cách ly (hình 6.6) - E11 E22,33 có lệch pha 900 đoạn dây λ /  Với thơng số S tính S đặc trưng cho cơng suất Tài liệu tham khảo : Microwave Engineering- Pozar- 4th Ed - 18 - ... cách ly (hình 6) - 13 - Wilkinson power divider ► Xét mơ hình 1.1 Hình 1.1 Bộ chia Wilkinson dùng đường dây λ / ► Dùng Phần mềm AppCAD để có đặc tính đoạn dây Chất điện mơi sử dụng R3003 ½, 10mil... diễn pha port → Kết luận : - S11 = S22 = S33 =0  Mạch có phối hợp trở kháng (hình 3.3) - S21 = S31 = -3 dB  Mạch khơng suy hao (hình 4.4), cơng suất ngõ giảm 1/2 so với công suất vào - S21 = S12... thị cũ, xem Figure 17 Lưu lại cửa sổ làm việc -9- II BÀI TẬP ► Xét mơ hình Hình Three-port resistive power divider ► Mơ hình thiết kế phần mềm Genesys hình - 10 - Port_2 Port_1 ZO=50Ω R2 R=16.667Ω