ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΟΛΥ-ΤΜΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΥΨΗΛΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ: ΑΓΓΕΛΙΔΟΥ ΖΩΗ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΤΣΙΤΣΟΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ Σέρρες, Απρίλιος 2015

Στόχος Πτυχιακής Εργασίας Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση πολύ-τμηματικών μετασχηματιστών σύνθετης αντίστασης υψηλών συχνοτήτων, με τη βοήθεια του λογισμικού ADS. Αρχικά ο σχεδιασμός θα υλοποιηθεί με ιδανικές γραμμές, οι οποίες στη συνέχεια θα αντικατασταθούν από μικροταινιακές γραμμές. Τέλος θα πραγματοποιηθεί η βελτιστοποίηση του, έτσι ώστε να ικανοποιηθούν οι απαιτούμενες προδιαγραφές. ΣΚΟΠΟΣ : Να παρατηρήσουμε, σύμφωνα με τα αποτελέσματα, αν τελικά υπάρχει δυνατότητα «κατασκευής τους» ή όχι.

Μετασχηματιστής λ/4 Σχεδόν σε όλες τις εφαρμογές γραμμών μεταφοράς, απαιτείται το φορτίο να ισοδυναμεί µε τη γραμμή μεταφοράς. o Για να επιτευχθεί αυτή η προσαρμογή, συνδέουμε τη σύνθετη αντίσταση φορτίου R L και τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση Ζ 0 με ένα τμήμα γραμμής μεταφοράς χωρίς απώλειες με μήκος λ/4 και με άγνωστη χαρακτηριστική αντίσταση Ζ 1. o ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑ: Το στενό εύρος ζώνης.

Πολύ-τμηματικοί Μετασχηματιστές Σε εφαρμογές που απαιτούν εύρος ζώνης μεγαλύτερο από αυτό που προσφέρει ένας μονό-τμηματικός μετασχηματιστής λ/4, χρησιμοποιούνται πολύ-τμηματικοί μετασχηματιστές. Αποτελούνται από Ν ισομήκη τμήματα γραμμής μεταφοράς. Σε κάθε σημείο σύνδεσης γραμμών μεταφοράς, ορίζεται ο μερικός συντελεστής ανάκλασης

Πολύ-τμηματικός Μετασχηματιστής Chebyshev Είναι μία διάταξη, η οποία χρησιμοποιεί πολλαπλά τμήματα γραμμής μεταφοράς, για την επίτευξη προσαρμογής ενός φορτίου σε μεγάλο εύρος ζώνης. Για συγκεκριμένο επιτρεπτό πλάτος κυμάτωσης και για δεδομένο αριθμό τμημάτων γραμμής μεταφοράς, ο μετασχηματιστής Chebyshev επιτυγχάνει μεγαλύτερο εύρος ζώνης ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑ : Εμφάνιση κυμάτωσης στη ζώνη διέλευσης.

Σχεδιασμός Πολύ-τμηματικού Μετασχηματιστή Chebyshev o Ακριβή αποτελέσματα για μερικές τιμές του Γ m και για Ν=2,3,4 τμήματα

Πίνακας τιμών χαρακτηριστικών αντιστάσεων γραμμών μεταφοράς των μετασχηματιστών Chebyshev ΝΖ 1 (Ω)Ζ 2 (Ω)Ζ 3 (Ω)Ζ 4 (Ω)Ζ 0 (Ω)R(Ω)Ηλ. Μήκος θ (μοίρες)

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Ιδανικές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Δύο Τμημάτων (Ν=2)

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Ιδανικές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Τριών Τμημάτων (Ν=3)

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Ιδανικές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Τεσσάρων Τμημάτων (Ν=4)

Μεταβολή Του Μέτρου Συντελεστή Ανάκλασης Συναρτήσει Της Συχνότητας Για Τους Μετασχηματιστές

Χαρακτηριστικά Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Ιδανικές Γραμμές Μεταφοράς Αριθμός τμημάτων μετασχηματιστή (Ν) Συντελεστής ανάκλασης (παράμετρος σκέδασης S 11 ) Κατώτερη συχνότητα (MHz) Ανώτερη συχνότητα (MHz) Μετρούμενο εύρος ζώνης (MHz) Θεωρητικό εύρος ζώνης (MHz)  Το εύρος ζώνης λειτουργίας των μετασχηματιστών αυξάνεται, όσο αυξάνονται τα τμήματα του μετασχηματιστή (παράμετρος Ν)  Οι μετρούμενες τιμές του εύρος ζώνης σε κάθε περίπτωση, είναι μικρότερες των θεωρητικών τιμών

Σχεδιασμός Πολύ-τμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Μικροταινιακές Γραμμές Ο σχεδιασμός αυτής της διάταξης γίνεται με την αντικατάσταση των ιδανικών γραμμών των μετασχηματιστών που σχεδιάστηκαν προηγουμένως, με μικροταινιακές γραμμές. Οι φυσικές διαστάσεις των μικροταινιακών γραμμών (μήκος και πλάτος) μπορούν να υπολογιστούν με βάση το υποπρόγραμμα LineCalc του λογισμικού ADS. Το διηλεκτρικό υπόστρωμα των μικροταινιακών γραμμών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:  Σχετική διηλεκτρική σταθερά: εr = 2.2  Πάχος υποστρώματος: H = 2.54 mm  Πάχος μεταλλικού αγωγού: T = mm  Αγωγιμότητα μετάλλου: Cond = 5.813x10 7 Siemens/m  Απώλειες διηλεκτρικού: TanD =

Πίνακας Τιμών Των Φυσικών Διαστάσεων Των Μικροταινιακών Γραμμών Για Ν=2 W (mm)L (mm) Ζ1Ζ Ζ2Ζ Για Ν=3 W (mm)L (mm) Ζ1Ζ Ζ2Ζ Ζ3Ζ W (mm)L (mm) Ζ1Ζ Ζ2Ζ Ζ3Ζ Ζ4Ζ Για Ν=4

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Μικροταινιακές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Δύο Τμημάτων (Ν=2)

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Μικροταινιακές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Τριών Τμημάτων (Ν=3)

Σχεδιασμός Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Μικροταινιακές Γραμμές Κύκλωμα Μετασχηματιστή Τεσσάρων Τμημάτων (Ν=4)

Μεταβολή Του Μέτρου Συντελεστή Ανάκλασης Συναρτήσει Της Συχνότητας Για Τους Μετασχηματιστές Με Μικροταινιακές Γραμμές

Χαρακτηριστικά Πολυτμηματικών Μετασχηματιστών Chebyshev Με Μικροταιακές Γραμμές Μεταφοράς Αριθμός τμημάτων μετασχηματιστ ή (Ν) Συντελεστής ανάκλασης (παράμετρος σκέδασης S 11 ) Μετρούμενο εύρος ζώνης με μικροταινιακές γραμμές (MHz) Μετρούμενο εύρος ζώνης με ιδανικές γραμμές (MHz) Θεωρητικό εύρος ζώνης (MHz)  Για Ν=2, το εύρος ζώνης των 362MHz που προκύπτει είναι πολύ κοντά με αυτό των ιδανικών γραμμών (360ΜΗz).  Για Ν=3, το εύρος ζώνης των 645ΜΗz που προκύπτει είναι επίσης πολύ κοντά με αυτό των ιδανικών γραμμών (676ΜΗz).  Για Ν=4, προκύπτει ένα εύρος ζώνης 71MHz, το οποίο απέχει πολύ από εκείνο των ιδανικών γραμμών (908MHz). Αυτό οφείλεται κυρίως, στην χαμηλή ακρίβεια εκτίμησης του πλάτους της γραμμής (w=0.007 mm) με χαρακτηριστική αντίσταση Ω

Βελτιστοποίηση Μετασχηματιστή Τεσσάρων τμημάτων (Ν=4) Με Μικροταινιακές Γραμμές Λόγω του μικρού εύρους ζώνης που προκύπτει στον μετασχηματιστή τεσσάρων τμημάτων (Ν=4), η διάταξη θα πρέπει να βελτιστοποιηθεί ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή λειτουργία και η βέλτιστη προσαρμογή των μικροταινιακών γραμμών. Γι’ αυτό το λόγω χρησιμοποιήσαμε τις συναρτήσεις βελτιστοποίησης:  Random  Gradient ΜΙΚΡΟΤΑΙΝΙΑΚΗ ΓΡΑΜΜΗ TL1 W= mmL= mm ΜΙΚΡΟΤΑΙΝΙΑΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΤL2 W= mmL= mm ΜΙΚΡΟΤΑΙΝΙΑΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΤL3 W= mmL= mm ΜΙΚΡΟΤΑΙΝΙΑΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΤL4 W= mmL= mm

Απεικόνιση Της Μεταβολής Του Μέτρου Του Συντελεστή Ανάκλασης Για Τον Μετασχηματιστή Τεσσάρων Τμημάτων (Ν=4), Μετά Από Βελτιστοποίηση  Όπως προκύπτει το εύρος ζώνης του μετασχηματιστή τεσσάρων τμημάτων (Ν=4), μετά τη βελτιστοποίηση είναι 951 MHz, πολύ κοντά στο θεωρητικό εύρος ζώνης των 956MHz

Διάταξη Της Φυσικής Τοποθέτησης - Layout Διάταξη φυσικής τοποθέτησης (layout) του μετασχηματιστή δύο τμημάτων (Ν=2) Διάταξη φυσικής τοποθέτησης (layout) του μετασχηματιστή τριών τμημάτων (Ν=3)

Διάταξη Της Φυσικής Τοποθέτησης - Layout Διάταξη φυσικής τοποθέτησης (layout) του μετασχηματιστή τεσσάρων τμημάτων (Ν=4)

Συμπεράσματα  Το εύρος ζώνης λειτουργίας των μετασχηματιστών αυξάνεται, όσο αυξάνονται τα τμήματα γραμμών του μετασχηματιστή (παράμετρος Ν).  Οι μετρούμενες τιμές του εύρους ζώνης των μετασχηματιστών με χρήση ιδανικών γραμμών μεταφοράς, είναι μικρότερες των θεωρητικών τιμών.  Εφαρμόζοντας τεχνικές βελτιστοποίησης, οι πολύ-τμηματικοί μετασχηματιστές μπορούν να επιτύχουν τα επιθυμητά αποτελέσματα.