بهينه سازي و افزايش پهناي باند پيوننده خط شاخه اي موجبري مجتمع شده در زيرلايه به روش حداقل مربعات

Bandwidth Enhancement and Optimization of SIW Branch- Line Coupler by Least Squares Method

پيوننده هاي جهتي، عناصر غير فعالي هستند كه براي تقسيم يا تركيب توان درمدارهاي مايكروويو و موج ميليمتري و تراهرتز كاربرد زيادي دارند. با استفاده از تكنيك موجبر مجتمع شده در زيرلايه، اين قطعه مايكروويوي به صورت هم زمان از بسياري ويژگي‌هاي خوب مدارهاي چاپي و موجبر مستطيلي از قبيل هزينه كم، سايز كوچك و تلفات انتقالي و تلفات تشعشعي بسيار كم برخوردارخواهد شد. در اين مقاله سه نمونه پيوننده خط شاخه اي با استفاده از تكنيك موجبر مجتمع شده در زيرلايه طراحي و براي افزايش پهناي باند فركانسي آن از روش چندبخشي سازي بهره گرفته شده است. براي بهينه سازي تحليل مداري از روش حداقل مربعات استفاده و در تمام مراحل طراحي پيوننده بصورت نامتقارن و مقدار پيوند دلخواه درنظرگرفته شده است. سپس نتايج حاصل از تحليل مداري با نتايج تحليل تمام موج مقايسه‌شده‌است و يك نمونه پيوننده دو بخشيdB 3 براي كاربرد در باند Ku طراحي و ساخته شده است. مشاهده مي شود كه تطابق خوبي بين نتايج اندازه گيري و شبيه سازي وجود دارد.

Directional couplers are passive devices which are used as power dividers and combiners in microwave, millimeter and terahertz systems. By the use of substrate integrated waveguides (SIW) for the design of such devices, the advantages of waveguide and printed circuit (PC) technologies are utilized simultaneously, such as low cost, small size, low transmission and radiation losses. In this paper, the method of least squares is employed for the design and optimization of symmetrical and asymmetrical multi-section branch-line-couplers incorporating impedance matching at its input and output ports. The equivalent circuit of the branch-line coupler is obtained and its transmission and scattering matrices are derived, which are eventually used for the construction of an error function. Its minimization leads to the determination of the dimensions of the coupler and its optimum design. The design specifications of coupler include its power division ratios, port impedances and frequency bandwidth. Three prototype models of branch-line-couplers are designed, namely a 6dB singlesection coupler, a symmetrical 3dB two-section coupler and an asymmetrical 3dB two-section coupler. The latter coupler is fabricated and measured. The designs of couplers are verified by the HFSS full-wave computer software with very good agreement.