تماس و مشورت با مدرس دوره : 09153516772

چکیده:

طراحی مدار تطبیق امپدانس یکی از موضوعات مهم در مهندسی مایکروویو است. همزمان با استفاده از چند باند فرکانسی در دستگاه‌های مخابراتی، استفاده از مدار تطبیق امپدانس چند بانده اهمیت پیدا می‌کند. در این پایان نامه ، شبکه تطبیق امپدانس دوبانده جدید با استفاده از خط انتقال مایکرواستریپ دو-بخشه و شاخه مدار باز T-شکل موازی، ارائه شده است. ابتدا، روابط تحلیلی حاکم بر ساختار، برپایه تئوری خطوط انتقال به دست می‌آید. سپس با اعمال شرط تطبیق در فرکانس‌های موردنظر بر روی روابط، معادلات غیرخطی حاصل می‌شوند که با حل همزمان این معادلات، مشخصات الکتریکی و فیزیکی تمامی قسمت‌های خط انتقال محاسبه می‌شوند. برای ساده‌تر شدن حل معادلات و قابل ساخت بودن مدار، امپدانس مشخصه خطوط به‌صورت دلخواه انتخاب شده است. برای تایید عملکرد شبکه پیشنهادی، امپدانس بار دلخواهی به منظور تطبیق آن با امپدانس منبع ۵۰ اهم انتخاب می‌شود. طرح در نرم‌افزار HFSS ترسیم و شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که پهنای باند در باندهای اول و دوم به ترتیب برابر ۷۶% و %۱۱/۸ است که در مقایسه با طرح‌های مشابه، افزایش پهنای باند و کاهش سطح اشغالی را داشته است. نتایج عملی تطابق خوبی با شبیه سازی داشته و صحت عملکرد مدار تطبیق امپدانس پیشنهادی را تایید می‌کند.

 

فهرست :

 

فصل اول : مقدمه و طرح مساله          ۱

۱-۱ : مقدمه    ۲

۱-۲ : بیان مساله       ۲

۱-۳ : هدف از انجام تحقیق   ۳

۱-۴ : سوالات تحقیق ۳

 

۱-۵ : ساختار پایان نامه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۴

 

فصل دوم : مدار های تطبیق امپدانس          ۵

۲-۱ : مقدمه    ۶

۲-۲ : روشهای تطبیق امپدانس تک بانده   ۷

۲-۲-۱ : تطبیق با عناصر فشرده       ۷

۲-۲-۲ : تطبیق با استاب      ۸

۲-۲-۲-۱ : تنظیم با تک استاب        ۸

۲-۲-۲-۲ : تنظیم با دو استاب          ۹

۲-۲-۳ : ترانسفورماتور یک چهارم موج :      ۹

۲-۲-۴ : ترانسفورماتورهای تطبیق چند بخشی دوجمله ای ۱۰

۲-۲-۵ : ترانسفورماتور تطبیق چند بخشی چبی¬شف       ۱۱

۲-۳ : روشهای تطبیق امپدانس چندبانده    ۱۲

۲-۳-۱ : استفاده از عناصر فشرده     ۱۲

۲-۳-۲ : استفاده از خط انتقال           ۲۰

۲-۳-۳ : استفاده از ترانسفورماتور یک چهارم موج  ۲۶

۲-۴ : نتیجه گیری      ۳۶

 

فصل سوم : طراحی و شبیه سازی مدار تطبیق امپدانس دوبانده   ۳۷

۳-۱ : مقدمه    ۳۸

۳-۲ : بررسی ساختار مدار تطبیق امپدانس ۳۸

۳-۳ : روابط طراحی مدار تطبیق امپدانس دوبانده   ۴۱

۳-۴ : نتایج عددی و شبیه¬سازی:    ۴۳

۳-۴-۱ : بار اهمی خالص و مقاومت بارها مساوی باشد.       ۴۳

۳-۴-۲ : بار اهمی خالص ولی در دو فرکانس، متفاوت است.          ۴۶

۳-۴-۳ : شبیه سازی مدل نهایی      ۴۷

۳-۴-۴ : بررسی تغییر ابعاد بر روی میزان افت بازگشت   ۵۲

۳-۵ : تجدید پذیر کردن مدار تطبیق امپدانس        ۵۶

۳-۶ : ساخت مدل نهایی       ۵۷

 

فصل چهارم : جمع¬بندی و نتیجه¬گیری     ۵۹

۴-۱ : جمع¬بندی و نتیجه¬گیری     ۶۰

۴-۲ : پیشنهادها         ۶۰

پیوست ۱ :      ۶۲

پیوست ۲ :      ۶۳

مراجع: ۶۵

 

فهرست شکل¬ها

(۲-۱) : شبکه¬های تطبیق L . 8

(۲-۲) : مدار تطبیق تک استاب         ۸

(۲-۳) : تنظیم دو استابه.        ۹

(۲-۴) : تطبیق با مبدل یک چهارم موج         ۱۰

(۲-۵) : دامنه ضریب انعکاس بر حسب فرکانس برای ترانسفورماتور تطبیق چند بخشی دو جمله ای       ۱۱

(۲-۶) : دامنه ضریب انعکاس بر حسب فرکانس برای ترانسفورماتور تطبیق چند بخشی چبی شف         ۱۲

(۲-۷) : شبکه¬های تطبیق تجدیدپذیر           ۱۳

(۲-۸) : شبکه تطبیق قابل تنظیم LC سری    ۱۳

(۲-۹) : شبکه سلفی    ۱۵

(۲-۱۰) : شبکه تطبیق امپدانس دوبانده       ۱۶

(۲-۱۱) : نتایج شبیه سازی و اندازه گیری شبکه تطبیق دوبانده     ۱۷

(۲-۱۲) : تلفات عبور شبکه تطبیق     ۱۹

(۲-۱۳) : تلف بازگشت (S11) شبکه تطبیق    ۱۹

(۲-۱۴) : مدار تطبیق دو استابه          ۲۱

(۲-۱۵) : پاسخ شبیه سازی و اندازه گیری شده        ۲۱

(۲-۱۶) : شماتیک شبکه تطبیق تجدیدپذیر ورودی  ۲۲

(۲-۱۷) : مدار تقویت کننده   ۲۳

(۲-۱۸) : پارامترهای پراکندگی برای دو حالت سوئیچ         ۲۴

(۲-۱۹) : مدار تطبیق دو استابه ۲۵

(۲-۲۰) : S11 شبیه سازی شده پس از تطبیق          ۲۵

(۲-۲۱) : تلفات مدار تطبیق   ۲۶

(۲-۲۲) : ترانسفورماتور دو بخشی دو بانده   ۲۶

(۲-۲۳) : مقایسه ترانسفورماتور یک چهارم موج معمولی با پاسخ دو قطبی ۲۹

(۲-۲۴) : مشخصه تلف بازگشتی بر حسب فرکانس   ۳۰

(۲-۲۵) : مشخصه تلف بازگشتی بر حسب فرکانس   ۳۱

(۲-۲۶) : ضریب بازگشت بر حسب فرکانس   ۳۳

(۲-۲۷) : عملکرد تطبیق ترانسفورماتور ۳ بخشی      ۳۴

(۲-۲۸) : عملکرد تطبیق ترانسفورماتور ۴ بخشی      ۳۵

(۳-۱) : تشدیدکننده T-شکل ۳۹

(۳-۲) : توزیع جریان تشدیدکننده T-شکل در دو فرکانس تشدید اول      ۳۹

(۳-۳) : مدار تطبیق امپدانس پیشنهادی      ۴۰

(۳-۴) : طرح پیشنهادی در نرم افزار HFSS    ۴۴

(۳-۵) : نتایج شبیه¬سازی با بار ۲۵۰ اهم     ۴۵

(۳-۶) : نتایج شبیه¬سازی با بار ۱۸۰ اهم     ۴۷

(۳-۷) : نتایج شبیه¬سازی با بار ۲۸۰ اهم     ۴۷

(۳-۸) : نتایج شبیه¬سازی با بار ۱۰۰ اهم و خازن سری ۵ پیکوفاراد           ۵۱

(۳-۹) : نتایج شبیه¬سازی با بار ۱۵۰ اهم و خازن سری ۵ پیکوفاراد           ۵۱

(۳-۱۰) نتایج شبیه¬سازی بار مختلط. ۵۲

(۳-۱۱) : تاثیر تغییر اندازه قسمتهای مختلف مدار تطبیق امپدانس بر عملکرد مدار         ۵۵

(۳-۱۲): تجدیدپذیر کردن مدار تطبیق امپدانس      ۵۶

(۳-۱۳) : مدار تطبیق امپدانس ساخته شده  ۵۷

(۳-۱۴) : نتایج شبیه¬سازی و آزمایش مدار تطبیق امپدانس با بار مقاومت۱۰۰ اهم و خازن ۵ پیکوفاراد            ۵۸

(۳-۱۵) : نتایج شبیه¬سازی و آزمایش مدار تطبیق امپدانس با بار مقاومت۱۵۰ اهم و خازن ۵ پیکوفاراد            ۵۸

 

 

 

فهرست جداول

 

(۲-۱) : خلاصه نتایج عملکرد توان تقویت کننده       ۲۲

(۲-۲) : ابعاد خطوط انتقال      ۲۳

(۲-۳) : پارامترهای طراحی     ۳۰

(۲-۴) : پارامترهای طراحی ترانسفورماتور دوبخشی ۳۲

(۲-۵) : پارامترهای طراحی ترانسفورماتور سه بخشی           ۳۳

(۲-۶) : پارامترهای طراحی ترانسفورماتور چهار بخشی         ۳۴

(۳-۱) : مشخصات الکتریکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۲٫۴ GHZ  ۴۳

(۳-۲) : ابعاد فیزیکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۲٫۴ GHZ 44

(۳-۳) : مشخصات الکتریکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۲٫۴ GHZ در حالت دوم   ۴۵

(۳-۴) : ابعاد فیزیکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۲٫۴ GHZ 45

(۳-۵) : مشخصات الکتریکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۲٫۴GHZ   ۴۶

(۳-۶) : ابعاد فیزیکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۰٫۹ GHZ 46

(۳-۷) : تعداد پاسخ های هر نسبت فرکانسی ۴۸۸

(۳-۸) : مشخصات الکتریکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۰٫۹ GHZ  ۴۹

(۳-۹) : ابعاد فیزیکی مدار تطبیق پیشنهادی در فرکانس ۰٫۹ GHZ            ۵۰

 

مقدمه:

تطبیق امپدانس بخش مهمی از فرآیند طراحی سیستمهای مایکروویو است. تطبیق امپدانس غالبا در طراحی مدارات RF به منظور فراهم نمودن بیش ترین توان قابل انتقال از منبع به بار مورد استفاده قرار می گیرد، شاید واضح ترین مثال نیاز به انتقال توان بیشینه در قطعات انتهایی گیرنده های حساس است. در حالت ایده آل شبکه تطبیق بی انلاف است تا از افت توان جلوگیری شود و معمولا به صورتی طراحی می شود که امپدانس دیده شده در ورودی شبکه تطبیق مZ باشد. بدین ترتیب بین خط انتقال و شبکه تطبیق انعکاسی وجود ندارد. تطبیق امپدانس به دلایل زیر مهم است :

هنگام تطبیق بار با خط (با فرض تطبیق بودن مولد) بیشترین توان تحویل داده شده و افت توان در خط تغذیه کننده حداقل می شود. تطبیق امپدانس در مولفه های گیرنده حساس (آنتن، تقویت کننده نویز پایین و …) می تواند باعث بهبود نسبت سیگنال به نویز سیستم شود

تطبیق امپدانس در یک شبکه توزیع توان (مثل شبکه تغذیه ی آنتن آرایه ای) می تواند خطای دامنه و فاز را کاهش دهد.

عوامل موثر در انتخاب شبکه تطبیق به صورت زیر بیان می شوند :

پیچیدگی : شبکه تطبیق ساده معمولا نسبت به طرح های پیچیده تر کوچکتر، قابل اعتمادتر،ارزان تر و کم اتلاف تر هستند.

 

پهنای باند : هر نوع شبکه تطبیق از نظر ایده آل تنها در یک فرکانس، تطبیق کامل ایجاد می کند،

اما در بسیاری از کاربردها نیاز به تطبیق بار روی یک باند فرکانسی است.

 

پیاده سازی :

با توجه به نوع خط انتقال یا موجبر استفاده شده، یکی از انواع شبکه های تطبیق به سایر شبکه ها ترجیح داده میشود.

تنظیم پذیری :

در بعضی از کاربردها نیاز است تا شبکه تطبیق برای بار متغیر به کار برده شود.در این خصوص بعضی از شبکه های تطبیق نسبت به سایر شبکه ها ارجحیت دارن

 

جمع بندی و نتیجه گیری:

در این پایان نامه ابتدا ضرورت استفاده از مدارهای تطبیق امپدانس بیان شده و در ادامه مروری بر انواع روش های طراحی مدارات تطبیق تک بانده متداول گردید.

بخش بعدی به بررسی چندین روش طراحی مدار تطبیق امپدانس چندبانده پرداخته است. ساختار مدار تطبیق در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است. در ساختار معرفی شده امپدانس مشخصه خطوط انتقال بصورت دلخواه انتخاب شده است. روابط مربوط به تطبیق امپدانس دوبانده آمده است.

معادلات غیرخطی نهایی توسط نرم افزار MATLAB حل شده است. در این قسمت با امپدانس مشخصه های مختلف و تغییر امپدانس بار کارایی ساختار بررسی شده است. شبیه سازی عملکرد مدار تطبیق امپدانس در دو فرکانس توسط نرم افزارهای HFSS و ADS تحلیل شده است.

نتایج شبیه سازی افت بازگشت کمتر از dB 20- را در دو باند فرکانسی نشان می دهد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان میدهند که پهنای باند به دست آمده برای طرح، در باند اول ساختار ۷۶% و در باند دوم۸ /۱۱ % است. طرح پیشنهادی دارای مساحت اشغال شده کمتری نسبت به طرح های قبلی است.

طرح پیشنهادی روی زیر لایه FR4 با ثابت دی الکتریک۶ / ۴ و ضخامت ۶ میلی متر ساخته شده است. نتایج اندازه گیری و نتایج شبیه سازی تا حد زیادی مطابقت دارند.

 

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

 

 

رایگان – خرید
 

————————————————————————————————————————————–