Ανάλυση, σχεδιασμός και υλοποίηση μικροκυματικού συζεύκτη πολλαπλών τμημάτων

Abstract

Ένας κατευθυντικός συζεύκτης είναι μια μικροκυματική, τετράθυρη, παθητική διάταξη που αποτελείται από ένα ζεύγος συζευγμένων γραμμών. Οι γραμμές αυτές δεν αγγίζουν η μια την άλλη, όμως είναι δυνατή η μεταφορά ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Εξαιτίας των ιδιοτήτων του, ο συζεύκτης βρίσκει πολλές εφαρμογές όπως πχ. σε μικροκυματικούς μείκτες, διαμορφωτές, πολλαπλασιαστές συχνότητας, ενισχυτές, συστοιχίες κεραιών, αλλά επίσης και σε όργανα μέτρησης και διακρίβωσης όπως ο αναλυτής δικτύου. Όταν σχεδιάζεται ένας συζεύκτης στοχευμένος σε κάποια εφαρμογή, συγκεκριμένες φυσικές διαστάσεις και ιδιότητες μπορούν να μελετηθούν. Σε περίπτωση που χρειαστεί όμως ένα μεγαλύτερο εύρος ζώνης χρησιμοποιείται ο συζεύκτης πολλαπλών τμημάτων. Στην παρούσα εργασία ένας συζεύκτης τριών τμημάτων θα σχεδιαστεί, προσομοιωθεί, κατασκευαστεί και μετρηθεί. Η πρόκληση του μηχανικού και τελικά ο συμβιβασμός του όσον αφορά στην αύξηση του εύρους ζώνης, είναι η ελαχιστοποίηση των τυχόν απωλειών που δημιουργούν τα παραπάνω τμήματα του συζεύκτη. Η μεθοδολογία που θα ακολουθηθεί για την παρούσα εργασία είναι η εξής: *Μελέτη της σχετικής θεωρίας, *Σχεδιασμός, εξομοίωση και βελτιστοποίηση με την βοήθεια του λογισμικού ADS (Advanced Design System 2009), *Κατασκευή και έλεγχος του συζεύκτη, *Τέλος ακολουθεί η σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων περιγράφοντας την απόδοση του κατευθυντικού συζεύκτη που κατασκευάστηκε.

A directional coupler is a microwave, four-port, passive configuration that consists of a pair of coupled lines. These lines do not touch each other but the transfer of electromagnetic energy is possible. Because of its attributes, the coupler can be found in many applications such as microwave mixers, modulators, frequency multipliers, amplifiers, antenna arrays, but also in measuring and testing instruments such as the net-work analyser. When a dedicated to a specific application coupler is designed, deter-mined physical dimensions and characteristics can be reviewed. In case a broader frequency bandwidth is needed the directional coupler of multiple modules is used. In this particular dissertation a directional coupler of three modules will be de-signed, simulated, implemented and tested. The engineer’s challenge and finally com-promise due to the frequency bandwidth increase, will be the minimization of occasional losses, created from the additional modules of the coupler. The methodology that will be followed during this dissertation is as below: *Review of the relevant theory. *Design, simulation and optimisation using the ADS software package. *Ιmplementation and testing of the coupler. * Finally, a comparison between the theoretical and practical results will follow, describing the implemented directional coupler’s performance.