Bài báo này trình bày việc thiết kế, chế tạo bộ chia/cộng công suất 4 đường dùng cầu Wilkinson trong hệ thống truyền năng lượng không dây băng tần S. Bộ chia công suất WPD (Wilkinson Power Divider) chia tín hiệu từ bộ dao động thành 4 đường đồng biên độ và đồng pha đưa tới các bộ khuếch đại công suất. Bộ chia được mô phỏng thiết kế bằng phần mềm ADS2009. Các kết quả thực nghiệm đo được chứng tỏ khả năng ứng dụng băng rộng và sự thích hợp của bộ chia trong hệ thống truyền năng lượng không dây băng tần S.
Hoạt động nghiên cứu khoa học THIT K CH TO BỘ CHIA CÔNG SUẤT KIỂU CẦU WILKINSON TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHƠNG DÂY BĂNG TẦN S ThS Đồn Hữu Chức, KS Nguyễn Thị Hương Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Abstract This paper presents the study, design, fabrication of - way Wilkinson power divider to be used for the microwave power transmission system at S band The Wilkinson power divider divides the signal from the oscillator is - way the equal amplitude and phase before send to the power amplifier The design and simulated results have been carried out by ADS2009 package - the professional design software for microwave engineering The experimental results demonstrate the ability in broadband applications and relevance of the power divider for the microwave power transmission at S band All simulations and measure results will be reported I Giới thiệu iệc khuếch đại tín hiệu để có cơng suất lớn băng tần S gặp nhiều khó khăn Vì thường thực cách sử dụng nhiều khuếch đại công suất có cơng suất nhỏ sau kết hợp lại để đạt công suất mong đợi Muốn thực điều người ta nghiên cứu kỹ thuật chia cộng cơng suất Hình mơ tả hệ thống phát công suất lớn sử dụng cho việc truyền thông tin lượng không dây sử dụng chia/cộng cơng suất Do chia/cộng công suất thành phần hệ thống siêu cao tần có nhiệm vụ chia/cộng cơng suất tín hiệu lối vào thành nhiều tín hiệu lối đồng pha ngược lại V OSC: Osccilator; BUF: Buffer Amplifier ; PA: Power Amplifier OSC BUF Bộ chia WPD sở chia hai Bộ chia sử dụng đoạn dây /4 trung tâm tần số thiết kế với hai nhánh chia cơng suất có trở kháng đặc tính điện trở 2*Z0 nối hai cổng với Cấu trúc chia WPD 1:2 sử dụng kỹ thuật mạch dải cho hình a.Cấu trúc dạng mạch dải PA Bé chia c«ng suÊt 1:4 PA PA Nguån DC Bé céng c«ng suÊt 4:1 PA b Sơ đồ mạch tương ng Hình Cấu trúc hệ thống phát lượng không dây Hỡnh B chia cụng sut Wilkinson 1:2 Trong thực tế, chia/cộng công suất kiểu cầu Wilkinson hay dùng cấu trúc có đặc tính khơng tổn hao tất cổng lối phối hợp trở kháng với lối vào cách ly cổng tốt E.J Wilkinson người phát triển chia nên chia/cộng đặt theo tên ông Bộ chia/cộng công suất WPD phương pháp chia công suất đồng pha đồng biên độ 22 B¶n tin Khoa học - đào tạo B chia WPD cú tt cổng phối hợp trở kháng 50 cách ly lối với bị suy hao Ma trận tán xạ chia WPD 1:2 đưa công thức sau: (1) Hoạt động nghiên cứu khoa học Chỳ ý cổng phối hợp trở kháng (S11 =0) với lối vào có: (2) Chúng ta xây dựng chia WPD 1:4 cách mắc ghép nối tầng chia WPD 1:2 Trong trường hợp chia WPD 1:4 ta có ma trận tán xạ sau: j / j /2 j / j /2 j /2 0 0 j /2 0 0 j /2 0 0 j /2 0 0 (3) Hình Kết mô chia công suất Wilkinson 1:4 Ta có: (4) Trong khn khổ báo trình bày việc mơ phỏng, thiết kế chế tạo mạch chia công suất Wilkinson cổng kết mơ thực nghiệm Theo giá trị mô S21 =-6.01dB, S11 = -41dB S23 =-45dB tần số 2,5GHz 2.2 Kết thực nghiệm Từ sơ đồ nguyên lý ta thực thiết kế mạch in nhờ phần mềm ADS2009 Sơ đồ mạch in sản phẩm thực tế cho hình Mạch in có dạng đường cong nhằm mục đích làm giảm kích thước mạch in ghép nối cổng với II Thiết kế mô mạch chia công suất Wilkinson 2.1 Thiết kế mô mạch Bộ chia công suất Wilkinson 1:4 mô phỏng, thiết kế phần mềm ADS2009 Trong trường hợp chia thiết kế hoạt động dải băng tần S Sơ đồ nguyên lý cho hình a Sơ đồ mạch in b Sản phẩm thực tế Hình 5: Bộ chia cơng suất Wilkinson 1:4 Sử dụng máy phân tích mạng tiến hành đo tham số S21 S31 mạch ta kết hình Hình Sơ đồ nguyên lý mạch chia công suất Wilkinson Kết mô tham số S11, S21 S23 cho hình Hình Tham số S21 đo trờn mỏy phõn tớch mng 23 Hoạt động nghiên cứu khoa häc Tham số S23 cho hình 11 Theo S23 = 22.3dB tần số f= 2.5GHz Hình Tham số S31 đo máy phân tích mạng S21 =-5.985 S31 =-5.886 giá trị tốt mong đợi so sánh với kết đạt mơ hình Các tham số S11, S22 S33 cho hình 8,9,10 Hình Tham số S11 đo máy phân tích mạng Hình Tham số S22 đo máy phân tích mạng Hình 10 Tham số S33 đo máy phân tích mạng 24 Bản tin Khoa học - đào tạo Hỡnh 11 Tham số S23 đo máy phân tích mạng III Kết luận Bộ chia/cộng với hệ số chia kiểu cầu Wilkinson có tính đối xứng tạo dao động đồng pha đồng biên độ sở từ dao động OSC Bộ chia chế tạo chia đường đưa tới khuếch đại công suất PA Bộ chia/cộng đáp ứng đầy đủ yêu cầu chia đồng pha đồng biên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] David M.Pozar, “Microwave Engineering”, John Willey & Son, INC, Second Editon; [2] Dang Thi Thanh Thuy, Nguyen Dinh The Anh and Bach Gia Duong “Study, design and fabrication of a high-power combiner using 8-way Wilkinson Bridge for a transmitter system of an L-band”, VNU Journal of Science, Mathematics Physics 27, No 1S (2011) 239-242 [3] Taufiqqurrachman, Deni Permana Kurniadi, “ Design and Realization Wilkinson Power Divider at Frequency 2400MHz for Radar S-Band”, IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR-JECE), Volume 3, Issue (Nov Dec 2012), PP 26-30; [4] A Wentzel, V Subramanian, A Sayed, and G Boeck, “Novel Broadband Wilkinson Power Combiner,” Proceedings of the 36th European Microwave Conference, pp 212- 215, 2006 [5] E J Wilkinson, “An N-way hybrid power divider,” IRE Trans Microwave Theory Tech., vol MTT8, pp 116118, Jan 1960 ... II Thiết kế mô mạch chia công suất Wilkinson 2.1 Thiết kế mô mạch Bộ chia công suất Wilkinson 1:4 mô phỏng, thiết kế phần mềm ADS2009 Trong trường hợp chia thiết kế hoạt động dải băng tần S Sơ... (3) Hình Kết mô chia công suất Wilkinson 1:4 Ta có: (4) Trong khn khổ báo trình bày việc mô phỏng, thiết kế chế tạo mạch chia công suất Wilkinson cổng kết mơ thực nghiệm Theo giá trị mô S2 1 =-6.01dB,... a S đồ mạch in b S n phẩm thực tế Hình 5: Bộ chia cơng suất Wilkinson 1:4 S dụng máy phân tích mạng tiến hành đo tham s S2 1 S3 1 mạch ta kết hình Hình S đồ nguyên lý mạch chia công suất Wilkinson