الگوریتم طراحی تغییر دهنده فاز تک-چنبره‌ای مبتنی بر فرامواد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر-تهران-ایران

3 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله، الگوریتم طراحی تغییر فاز دهنده تک-چنبره­ای فریتی مبتنی­بر فراماده باند X معرفی شده است. برای طراحی چنین تغییردهنده فاز ابتدا هسته فریتی MNG (با تراوایی مغناطیسی منفی) در مد بایاس غیرمعمولی پیاده­سازی می­شود. سپس بخش ENG (با نفوذپذیری الکتریکی منفی) که از خطوط متالیزه روی زیرآیند تشکیل شده، طراحی می­گردد. در نهایت برای تطبیق امپدانس ورودی و خروجی تغییردهنده فاز، از ساختار دولایه دی­الکتریکی به روش دوجمله­ای استفاده می­شود. نتایج شبیه­سازی­ها، نشان می­دهد که به­کارگیری شکل چنبره­ای تغییردهنده فاز، نقص بزرگ تغییردهنده­های فاز فریتی مبتنی­بر فراماده که در قالب موجبری ساخته می­شوند را مرتفع ساخته است، به­طوری­که ساختار بسیار پیچیده آزمایشگاهی بایاس با دامنه میدان مغناطیسی kOe 6-7 را به زیر Oe 50 کاهش داده است به نحوی که به راحتی با یک سیم تحریک جایگزین شده است. به علاوه، با معرفی ساختار جدید هسته مرکزی و شبکه تطبیق امپدانس، دومین ایراد عمده تغییردهنده­های فاز فریتی مبتنی­بر فراماده که تلفات آنهاست، از dB 10 به dB 5/2 کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها


[1]     D. Parker, D. C. Zimmermann, “Phased Arrays—Part II: Implementations, Applications, and Future Trends,” IEEE Transation on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, no. 3, March 2002.
[2]     Shiban K. Koul, Bharathi, “Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters: Dielectric and Ferrite Phase Shifters,” vol. I. Boston, MA: Artech House, 1991.
[3]     M. A. Y. Abdalla, “Metamaterial-Inspired CMOS Tunable Microwave Integrated Circuits for Steerable Antenna Arrays,” [Ph.D. Dissertation], Dept. ECE, University of Toronto, 2009.
[4]     P. He, P. V. Parimi, Y. He, V. G. Harris, and C. Vittoria, “Tunable negative refractive index metamaterial phase shifter,” Electronics Leters 6th December 2007, vol. 43, no. 25, 2007.
[5]     Peng He, P. V. Parimi, H. Mosallaei, V. G. Harris, and C. Vittoria, “Tunable Negative Refractive Index Metamaterial Phase Shifter,” IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2007.
[6]     Peng He, Jinsheng Gao, P. V. Parimi, C. Vittoria, and V. G. Harris,” Tunable Negative Refractive Index Metamaterials and Applications at X and Q-bands,” U. S. Army Research Office, 4300 S. Miami Blvd, Durham NC 27703.
[7]     Hossam S. Tork, “Tunable ferroelectric meta-material phase shifter embedded inside low temperature co-fired ceramics (LTCC),” Ph.D. Dissertation, Dept. ECE, University of Idaho, December 2012.
[8]     M. Maassel, “A metamaterial-based multiband phase shifter”, Ph.D. Dissertation, Dept. ECE, North Dakota State.
[9]     N. Engheta and R. W. Ziolkowski, “Metamaterials, Physics and Engineering Explorations,” Piscataway, NJ: IEEE Press, Wiley Interscience, 2006.
[10]  M. A. Antoniades and G. V. Eleftheriades, "Compact linear lead/lag metamaterial phase shifters for broadband applications,” in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 2, pp. 103-106, 2003.
[11]   M. Maassel, “A metamaterial-based multiband phase shifter,” [Ph.D. Dissertation], Dept. ECE, North Dakota State University of Agriculture and Applied Science, Fargo, October 2013.
[12]  R. E. Collin, “Foundation for Microwave Engineering,” 2nd ed. Cleveland, OH: IEEE Press, Wiley, 2001.
[13]  D. M. Pozar, “Microwave Engineering,” 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2012.
[14]  Peng He, “Tunable Ferrite-Based Negative Index Metamaterials for Microwave Device Applications,” [Ph.D. Dissertation], Electrical Engineering, Northeastern University Boston, Massachusetts, December 2009.
[15]  Xudong Chen, Tomasz M. Grzegorczyk, Bae-Ian Wu, Joe Pacheco, Jr., and Jin Au Kong, “Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials,” Phys. Rev. E, vol. 70, no. 1, pp. 016608-016614 , July 2004.
[16]  Magnus W. Haakestad and Johannes Skaar, “Causality and Kramers-Kronig relations for waveguides,” Optical Society of America, vol. 13, no. 24, 28 November 2005.
[17]  Hakki Ilhan Altan, “X-Band high power ferrite phase shifter,” [M.S.C Thesis]. Dept. IEEE, Middle East Technical University, 2010.
[18]  Guillermo Gonzalez, “Microwave Transistor Amplifiers: Analysis and Design,” Pearson, 2 edition, August 1996.