Geri Dön

Nonlinear analysis and design of the subharmanically drain pumped mizrowave mesfet mixer

İkinci harmonik savaktan pompalamalı mesfeti karıştırıcı tasarımı

  1. Tez No: 46487
  2. Yazar: AHMAD DARSİNOOİEH HAKİMİ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Harmonikler, Karıştırıcılar, Tasarım, Harmonics, Mixers, Design
  7. Yıl: 1995
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Birinci harmonik pompalamak MESFET'li karıştırıcılar şimdiye kadar bir çok araştırmaya konu olmuş ve literatürde yaygın bir şekilde yerini almıştır [l]-[3]. Dengesiz ve dengeli formda değişik devre şekilleri ortaya konulmuştur. İki geçitli MESFET'lerin yapımındaki ilerlemeler sonucunda izolasyon için hibrid veya yönlü kuplör kullanılmaksızın her iki geçite de pompa (LO, yerel osilatör) ve işaret (RF) uygulamak mümkün olmuştur. Diğer bir frekans karıştırma yöntemi de, işaret ile LO frekansının daha yüksek bir harmoniğinin farkı olan IF 'in (ara frekans) harmonik pompalamasını kullanmaktır. İkinci harmonik karıştırmak karıştırıcıların özellikleri aşağıdaki şekilde gösterilebilir: 1) Bu karıştırıcıların dönüştürme etkinliği aynı frekans ve aynı pompalama (LO) gücünde çalışan birinci harmonik kanştırmalı karıştırıcılardan daha kötüdür. Ters paralel diyot karıştırıcılarda birinci harmonik karıştırma ürünlerinin bastırıldığı gösterilmiştir. 2) İşaret (RF) ve yerel osilatör (LO) frekansları arasındaki izolasyon düşük IF'li birinci harmonik pompalamak karıştırıcılarda oldukça zor olmasına rağmen bu karıştırıcılarda kolay elde edilir. 3) Pompalama frekansı (LO), birinci harmonik pompalamak karıştırıcının yarısına eşittir. 4) Eğer birinci harmonik pompalama ürünleri, bastırılmışsa LO'nun IF gürültü etkisi azaltılabilir [4]-[7]. Birinci harmonik karıştırma ürünlerinin yok edilmesi diyotlu karıştırıcılarda birbirine ters iki diyodun paralel bağlanması ile kolayca sağlanabilmektedir. Aynı özeUiği şu anda sadece n kanallı MESFET'lerin yapılabilmesi nedeni ile elde etmek olanaksızdır. Ancak, benzer davranışın birbirinin aynı iki MESFET'in LO tarafından 180° faz farkı ile sürülmesiyle elde edilebileceği gösterilmiştir ve bu çakşmanın uygulamasında böyle bir karıştırıcı tasarlanmıştır. Şekil 1 de gösterilen tek diyotlu karıştırıcıda V = VLO Cos o£0 1 + Vs Sin ojs t şeklindeki işaretin uygulanması mfLO ± nfs frekanslarında diyot akımını oluşturur.Birbirine ters iki diyodun paralel bağlanması sonucu oluşacak akımın (m+n)'in tek olduğu frekansları içereceği gösterilebilir. anan <* ı ' ı ? -T -I Şekil 1. Diyot karıştırıcı devresi. m+n çift olduğunda diyot içersinden çift harmonikler, birinci harmonik karıştırma ürünleri (os - u>w ve ws + qİO) ve de terim akacakdır. Bu bağıntı: i =... + -4Cos(2wİO+ws)f + BCos(2uLO-(x)ş)t + C Cos (4 a^ ti) s) t +... (1) ve ic =... + ECositiijjj-tii^t + FCos(oiLO + (x)^)t +... şeklinde yazılabilir. (2) Aynı kural 180° faz farklı aynı yerel osilatörlerle karıştırılan mikrodalga MESFET karıştırıcılar için kullanılabilir. Devrenin analizi için ilk olarak şekil 2. de gösterilen MESFET'in büyük işaret modeli [8] gereklidir. Lg R Cqd(t) RD LD £*d.W Şekil 2. Büyük işaret MESFET'in eşdeğer devresi. -vii-Bu şekilden görüldüğü gibi büyük işaret modelinde bazı elemanlar uygulanan işaretin frekansında değişirler. id(t) için aşağıdaki ifade yazılabilir: İJt) = 0(1 + X VJtznhia V2)(yrVTf (3) buradaki, a, p, X, VT eğri uydurumu yöntemiyle belirlenen değişkenlerdir. Bunun için Rosenbrock algoritması kullanılmıştır. Aşağıdaki objektif fonksiyon F'in minimum için bir sonuç optimizasyonu yapılırsa: i N F = E (LrU2 (4) N (max IJ %“»»«' i Burada N = DC karakteristiklerin ölçülen noktalarının sayısı. Ijjjj = i noktasında savak akımının ölçülen değeri. Icj = (3) ifadeden savak akımının hesaplanan değeri. SPICE programı kullanılarak bu parametreler bilindiğinde V} ve V2 belirlenebilir. Zamanla değişen dirençler ve kapasiteler için *® = E Rn eXP (/'n<V) (5) CW = E Cn eXP (/'WW/) (6) K = T- f 2* *(0 exP (-y»wo0 d(u0t) (7.a) Cn = ^(2”C(t)cxpUna0t)d(<o0t) (7.b) 2-n J o ve <oc = 2-nr/ö, f0: uygulanan büyük işaretli gerilim kaynağının frekansı R(t) ve C(t) için (3) bağıntısında verilen Y^ ve V2'ye göre devre analiziyle bulunabilir. Akım veya gerilimlerin Fourier katsayıları kolaylıkla bulunmadığından, bu katsayılar bağındısı aşağıda verilen ayrık fourier dönüşümü (DFT) kullanılarak belirlenir. -vııı-İV-1 xn = \r E Xsmt)exp(-j2%nKIN), n=0,l,...,tf-l (8) X^KAt); X(t) fonksiyonunun örneklenmiş durumu, N, örnek sayısı, At = T/N, /0 = ı/r. Sonuç olarak eşdeğer devredeki çıkış akımları lineer olmayan elemanların Fourier katsayıları kullanılarak ve devrenin lineer analizi yardımıyla bulunabilir. Küçük genlikli YF(RF) işaretinde karıştırıcılardaki frekans değerleri fmjTnFw±mFRF bağıntısıyla verilir. Burada -~^n <. +<»,m= 0, ±1, FLO ve F^ sırasıyla yerel osilatör ve RF frekanslarıdır. Buna göre devredeki tüm genlik değerleri «=-~ 0i=O,±l biçimindedir. Bütün bir karıştırıcının eşdeğer devresi şekil 3 deki gibidir. (9) Lg Rg ^ Rd Ld fnrL/wı - 1| - fw^ vcfrc9«- Şekil 3. Karıştırıcının devresi. YF (RF) ve AF (IF) kapıları arasında elde edilebilir dönüştürme kazancı Gav ^=4*^1 6 |2 (10) şeklinde ifade edilebilir. -ıx-Rj ve R6 sırasıyla Z± ve Z6 nin reel kısımlarıdır. (10) un bazı yaklaşımlarla çözümü basitçe bulunabilir ve optimum kazanç ifadesi yaklaşık olarak |2' yazılabilir. Devre, Duroide 5880 taban (er=2.2, h=0.4 mm) üzerinde gerçekleştirilmiştir. BB'ler (Boğucu bobin) ve köprüleme kapasiteleri hariç tüm elemanlar mikroşerit biçiminde gerçeklenmiştir. Sonuç: Bu çalışmada anlatılan yöntemi kullanılarak üç yeni lineer olmayan devre tasarlanmıştır. İlki 1:1 balun yardımıyla 180° faz farklı pompalı iki tranzistorun kullanıldığı altharmonik savak pompalamalı MESFET karıştırıcıdır. Devreden 10- 12 GHz frekans aralığında kuramsal +3 dB dönüştürücü kazancı elde edilmiştir. Diğer iki devre ise dağılmış yapıda dengeli ve dengesiz karıştırıcılardır. 2-12 GHz frekans aralığında dengeli devreden + 1 dB ve dengesiz devreden ± 0.5 dB kuramsal dönüştürücü kazancı elde edilmiştir. Bu devreler deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla ayrık elemanların (kırmık kondansatör, MESFET ve direnç) mikroşerit hatlar üzerine yerleştirilmesi yoluna gidilmiştir. Uygulamada bulunan sonuçlar kurumsal sonuçlara göre daha kötüdür. Bunun nedeni büyük ölçüde ideal olmayan kayıplı elemanlar kullanılmak zorunda kalınmış olmasından ve bunların el ile lehimlenmesinden kaynaklanmaktadır. MMIC teknolojiler kullanılarak gerçeklenecek olan devrelerin kuramsal sonuçlara daha yakın davranış gösterecekleri beklenir. 5 bölümde, tablo 5.6'daki verilen sonuçları yararlanarak diğer mevcut çalışmalara göre elde edilen kazanç ve bandgenişliği karşılaştırmaları yapılmıştır. Burada görülmektedir ki tezin konusu olan yapı literatürde ilk defa denenmekte olup, kazanç açısından elde edilen sonuçlar bu güne değin gerçeklenen diğer çalışmalarda elde edilenlerle aynı düzeydedir. Bunun ötesinde ikinci harmonik pompalamanın getirdiği üstünlükler göz önüne alındığında, mevcut çalışmada ele alman yapının uygulamada oldukça geniş bir kullanım sahası yaratacağı söylenebilir. -x-

Özet (Çeviri)

SUMMARY A new circuit for subharmonically pumped MESFET mixer is presented. In this circuit two identical MESFET which are drain pumped with 180° phase difference are used. This phase difference is provided by transformer which is realized as an 1.1 suspended line balun. An efficient algorithm has been used to find the parameters of MESFET by using the dc characteristics and scattering parameters over a wide-band frequency range. The complete nonlinear and linear analysis of this type of mixer for finding the optimum operating condition is presented. For simulation the circuit a new version of SPICE and Microwave Harmonica program are used. As a practical application, a mixer circuit is realized on a Duroide 5880 substrate and most of the elements are realized in microstrip form. The performance of this kind of mixer has not been investigated so far in the literature. Simulation results of this circuit from the conversion gain and band-width points of view are better than the other works for gate and foundamentally pumped mixers. There is no good agreement between experimental and theoretical results. This is due to the lumped elements used in microstrip realization of the circuit. Much better agreement between practical and simulation results will be expected when MMIC technology are used. Distributed subharmonically drain pumped mixers are also studied. Two novel circuits in distributed form, one of them in balanced and the second in unbalanced form are designed. Simulation results for both types and experimental results for unbalanced form are camparable with the results obtained in other works for fundamentally pumped case over a very wide-band frequency range. The results of present work are compared with the other works in table 5.6. It is concluded that the mixer configurations investigated in this thesis have several favorable characteristics and exhibits the advantage to be gained from subharmonical pumping.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    516550

    Beton dolgulu kompozit kolonlu bir ofis binasının türkiye bina deprem yönetmeliği-2018 esas alınarak tasarımı ve doğrusal olmayan analizi

    Design of an office building with concrete filled composite columns according to turkish earthquake code for buildings 2018 and nonlinear analysis of the building

    SOYDAN UZUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

  2. Tez No

    811554

    Belirlenmiş mühendislik problemlerinin tasarımı, modellenmesi ve optimizasyonu için çoklu-stokastik nonlineer nöro-regresyon analizi ve geleneksel olmayan arama algoritmaları tabanlı yeni bir sistematik yaklaşım

    A new systematic approach for design, modeling and optimization of the engineering problems based on stochastic multiple-nonlinear neuro-regression analysis and non traditional search algorithms

    MELİH SAVRAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LEVENT AYDIN

  3. Tez No

    129403

    Seismic evaluation of the retrofitted R/C building based on nonlinear static and dynamic analyses

    Farklı yöntemler kullanılarak güçlendirilen betonarme binanın lineer olmayan statik ve dinamik analizlere göre deprem performanslarının belirlenmesi

    ESRA METE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLAY ALTAY

  4. Tez No

    382644

    Nonlinear structural analysis and design of reinforced concrete building with base isolation system

    Taban izolasyonlu betonarme binanın doğrusal olmayan analizi ve tasarımı

    SULAIMAN E. SULAIMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESRA METE GÜNEYİSİ

  5. Tez No

    112130

    Nonlinear structural analysis and design of multistorey steel building

    Çok katlı çelik binanın lineer olmayan analiz ve dizaynı

    VOLKAN SÜLLÜ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2001

    İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLAY ALTAY

Geri Dön