Ανάλυση, σχεδιασμός και υλοποίηση μικροκυματικού διαιρέτη ισχύος, πολλαπλών θυρών εξόδου

Abstract

Στα σύγχρονα συστήματα κινητής τηλεφωνίας 3ης και 4ης γενιάς, ο αριθμός των απαιτούμενων σταθμών βάσης έχει αυξηθεί σημαντικά, για την βελτίωση της ποιότητας επικοινωνίας. Επίσης, είναι απαραίτητη η συνεχής παροχή υπηρεσιών, ακόμη και στην περίπτωση που κάποιος ή κάποιοι σταθμοί βάσης, τεθούν εκτός λειτουργίας (π.χ. λόγω βλάβης). Συνεπώς, απαιτείται αποτελεσματικός έλεγχος της μικροκυματικής ροής ισχύος. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να επιτευχθεί με την χρήση διαιρετών ισχύος πολλαπλών θυρών εξόδου, οι οποίοι τοποθετούνται πριν από συστοιχίες κεραιών ή ενισχυτές, στους αναμεταδότες των σταθμών βάσης, ειδικά για εκπομπή και λήψη πολλαπλών καναλιών. Η παρούσα εργασία, πραγματεύεται την ανάλυση και τον σχεδιασμό ενός νέου τύπου μικροκυματικού διαιρέτη ισχύος πολλαπλών θυρών εξόδου, ο οποίος μπορεί να υλοποιηθεί σε επίπεδη (2 διαστάσεων) ηλεκτρονική πλακέτα (σε σχέση με τους υφιστάμενους διαιρέτες) και επιπλέον επιτυγχάνει λειτουργία ευρείας ζώνης συχνοτήτων. Στην παρούσα εργασία, αρχικά ολοκληρώθηκε η μαθηματική ανάλυση του διαιρέτη και έπειτα εξήχθησαν οι τελικές εξισώσεις που περιγράφουν την λειτουργία του. Από τις εξισώσεις που προέκυψαν σχεδιάστηκε ένας διαιρέτης πολλαπλών θυρών εξόδου, για ίση κατανομή ισχύος και για ευρεία ζώνη συχνοτήτων. Στη συνέχεια, η διάταξη αυτή προσομοιώθηκε και βελτιστοποιήθηκε με το πακέτο κυκλωματικής προσομοίωσης ADS (Advanced Design System).Έτσι ελέγχθηκε η ακρίβεια των αναλυτικών εξισώσεων. Έπειτα η διάταξη υλοποιήθηκε με μικροταινιακές γραμμές μεταφοράς σε κατάλληλο διηλεκτρικό υπόστρωμα και εκτελέστηκαν πειραματικές μετρήσεις με την χρήση του διανυσματικού μικροκυματικού αναλυτή Agilent E5071C. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η κατασκευή της ηλεκτρονικής πλακέτας και έγινε σύγκριση των πειραματικών με των πραγματικών τιμών.

In modern 3rd and 4th generation mobile systems, the number of base stations has increased significantly to improve communication quality. It is also necessary to continuously provide services, even if one or some base stations are shut down (eg due to a malfunction). Therefore, effective microwave power flow control is required. This control can be achieved by using multi-port output power dividers, which are positioned prior to antenna arrays or amplifiers, to the base station transponders, especially for transmitting and receiving multiple channels. This work deals with the analysis and design of a new multi-output microwave power splitter, which can be implemented on a flat (2-dimensional) electronic board (compared to existing dividers), and additionaly achieves broadband bandwidth operation. The mathematical analysis of the divider was initiallyperformed and design equations were derived. From the resulting equations, a multiple output port divider was designed for equal power division and wide bandwidth. This device was then simulated and optimized usingthe Adnanced Design System (ADS) simulator in order tocheck the validity of the analytical equations. The device was then implemented using microstrip transmission lines on a suitable dielectric substrate and experimental measurements were performed using the Agilent E5071C vector microwave analyzer. Finally, the construction of the electronic board was carried out and we compared the experiment and the actual values.