CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH HYBRID
4.3 Thiết kế mạch hybrid2
Hình 4.11 giới thiệu sơ đồ mạch coupler với đƣờng truyền dây chêm trở kháng bƣớc. Kích thƣớc của mạch có thể đƣợc xác định thơng qua hệ phƣơng trình (4.4)
Hình 4.11
Kích thƣớc của mạch sẽ tối ƣu nhất nếu ta chọn +J trong phƣơng trình (4.4c) và J trong (4.4d) (chọn lệch pha và giữa hai port đầu ra đối với băng tần thứ nhất và thứ hai).
________________________________________________________________________________ 39 Hình 4.12 phác hoạ và của nhánh đƣờng truyền dây chêm trở kháng
bƣớc ứng với giá trị trở kháng là và √ so với R và U tƣơng ứng
(băng tần 2.4-/5.8 GHz).
Hình 4.12 khơng bao gồm vì có thể tính đƣợc dễ dàng ở (4.5). và tăng đơn điệu khi R tăng. U nhỏ sẽ cho giá trị trở kháng , cao. Thông thƣờng, giá trị trở kháng thƣờng chọn từ do giới hạn của cơng nghệ vi dải.
Do đó khoảng giá trị của R là đối với nhánh , trong khi giá trị U phụ thuộc vào giá trị R đƣợc chọn. Với R = 1, ta có trƣờng hợp điều này là không thực tế. Nhận xét tƣơng tự cho nhánh trở kháng √ , khoảng giá trị của R là .
Hình 4.9 mơ tả và tƣơng ứng với chiều dài và chiều rộng của đƣờng truyền dây chêm trở kháng bƣớc. Từ phƣơng trình (4.5a) ta thấy chỉ phụ thƣợc vào và khơng dễ giảm xuống vì khơng là biến của R và U. Tuy nhiên, có thể giảm kích thƣớc của .
Hình 4.13 mô tả nhƣ là một hàm của U và biến R
________________________________________________________________________________ 41 Với R = 1, . Khi R < 1, luôn nhỏ hơn , chiều dài này giảm là vì sự gia tăng khơng đều của trở kháng. Các đƣờng cong của rơi nhanh khi R và U giảm và đạt giá trị thấp nhất xung quanh điểm .
Nếu giá trị của U quá nhỏ có thể tạo ra các giá trị trở kháng không thực tế, giá trị tối ƣu của R và U phải đƣợc xem xét giữa việc tối thiểu và mức độ thực tế của
và .
Các đồ thị trong hình 4.12 và 4.13 cho ta thấy và (0.3, 0.2) là phù hợp với nhánh băng tần kép và √ .. Hình 4.14a và 4.14b chỉ ra các giá trị của nhánhbăng tần kép và √ .
Hình 4.14b
Khi tỷ số đƣợc xác định, ta có thể dễ dàng tìm đƣợc mới quan hệ về kích thƣớc của từ hình 14.4. Hình 4.14 và phƣơng trình (4.5) rất hữu dụng trong việc thiết kế. Nếu quá lớn hoặc quá nhỏ, có thể khơng thực tế. Do đó, hình 4.14 cung cấp cho ta những sự kết hợp khác nhau của (R, U) để hỗ trợ cho tỷ số
trong khoảng 1.7 - 2.7
Hình 4.15 trình bày sự thay đổi của băng thơng đối với R và U. Vì trở kháng có thể thực hiện đƣợc trong thực tế là rất quan trọng, do đó chỉ có R = 0.3 - 0.5 và
________________________________________________________________________________ 43 U = 0.2 - 0.7 là đƣợc xem xét. Các phân đoạn băng thông không thay đổi đáng kể với R và U: 11% - 13% đối với băng tần thứ nhất và 4% - 7% đối với băng tần thứ 2.
Hình 4.15
Thiết kế:
Băng tần thứ nhất: GHz, Băng tần thứ hai: GHz Từ (4.5) suy ra : Từ hình 4.14 suy ra: Nhánh : (R, U) = (0.4, 0.2) Nhánh 50/√ : (R, U) = (0.4, 0.2)
Sơ đồ mô phỏng:
________________________________________________________________________________ 45
Kết quả mô phỏng:
Hình 4.17a
Nhận xét:
- Mạch đáp ứng tốt tại tần số trung tâm.
- Băng tần thứ nhất có băng thơng khoảng 3%, băng tần thứ hai có băng thơng khoảng 2%
- Băng thông của mạch khá nhỏ.
Để tăng băng thơng của mạch, ta có thể ghép nhiều phần mạch nhƣ trong phần 4.1. Hình 4.18 sẽ trình mày mơ hình mạch ghép:
Hình 4.18a
________________________________________________________________________________ 47 Hình 4.18a trình bày mạch cơ bản, Dựa vào phƣơng pháp phân tích mạch thành
mode chẵn và mode lẻ, ta có thể xác định đƣợc trở kháng của các nhánh:
√ (4.7a) (4.7b) Với C là hệ số ghép của hai cửa output ( √ ). Giá trị có thể chọn bất kỳ, tuy nhiên nếu chọn sẽ cho băng thơng lớn nhất. Từ phƣơng trình (4.7) ta có các kết quả:
√
Hình 4.18b giới thiệu sơ đồ mạch khi ta sử dụng phƣơng pháp đƣờng tryền dây chêm trở kháng bƣớc. Nhánh √ có các thơng số trở kháng và chiều dài nhƣ phần trƣớc, ta xét nhánh có trở kháng . Bàng 4.1 trình bày các kích thƣớc của nhánh tuỳ theo giá trị của
Ta có kết quả kích thƣớc của mạch: Từ (4.5) suy ra : Nhánh √ : (R, U) = (0.4, 0.2) Nhánh : (R, U) = (0.2, 0.3) Sơ đồ mơ phỏng: Hình 4.19
________________________________________________________________________________ 49
Kết quả mơ phỏng:
Hình 4.20b
Nhận xét:
- Tần số đáp ứng của mach là 2.437 GHz và 5.316 GHz.
- Băng thông của mạch khoảng 12% đối với băng tần thứ nhất và khoảng 6% đối với băng tần thứ hai.
________________________________________________________________________________ 51