تغییر دهنده ی فاز MEMS

تغییر دهنده ی فاز MEMS

60 صفحه در قالب word

فهرست

مقدمه       ....................       4

تعریف ...........................................   6    تغییر دهنده ی فاز دیجیتال                                                                                       7تغییر دهند ه ی فاز آنالوگ                                                                                       8تغییر دهند ه ی فاز ثابت                                                                                           9تغییر دهند ه ی فاز خطی                                                                                       9المان های تغییر دهنده ی فازی .............................    10خط انتقال                                                                                                   10قطعه ی اکتیو GaAs FET                                                                     13المان های کنترلی تغییر دهنده های فاز  ....................... 15 مواد فریتی 16دیود   PIN                                                                                        18  FET                                                                                                19 مواد فروالکتریک به فرم نوار نازک 20سوئیچ MEMS                                                                                          20برتری تغییر دهنده های فاز MEMS    .....................   21طراحی تغییر دهنده های فازی ......................................    22تغییر دهنده ی فاز با تغییر خط انتقال سیگنال                                        23مفهوم انعکاس در خطوط انتقال                  27تغییر دهنده ی فاز انعکاسی                                                              28تغییر دهنده ی فاز با بارگذاری خط انتقال سیگنال      32تغییر دهنده های فاز توزیع شده MEMS   (DMTL  )           36طراحی آنالوگ DMTL        44طراحی دیجیتال DMTL                                                       45نمونه ساخت   ...................................................        47تغییر دهنده ی فاز گسترده ی 5 بیتی MEMs                                481.1.  طراحی سلول واحد خطی                                                           51 1.2. طراحی سلول واحد با خمیدگی زاویه ی راست                    54نتیجه ..............................................         55

مراجع     ...............................         56  

مقدمه

قبل  از ظهور تغییر دهنده های فاز1 متغیر الکترونیکی در سال 1950  میلادی  ،  تقریبا همه ی تغییر دهنده های فاز در هردو نوع ثابت و متغیر به صورت مکانیکی بوده اند .

 اولین نمایش تجربی  تغییر دهنده های فاز فریتی برای  تجسسگر آرایه ی فازی2    در سال 1950  بوده است  . در نیمه سال 1960  دسته ی مهم دیگری از تغییر دهنده ی فاز که از دیود به عنوان سوئیچ های الکترونیکی برای کنترل تغییر فاز استفاده می کرده اند ،   پا به عرصه گذاشته اند .در خلال سال 1980  چندین نوع دیگر از این قطعات  نیز به ظهور رسیدند  که مهمترین آنها قطعه ی اکتیو GaAs FET   بوده است . با ظهور مدار های مجتمع یکپارچه مایکروویو 3   تغییر دهنده های فاز MMIC  به کارگیرنده ی  المان های کنترل الکترونیکی MESFETs   و Varactor   نیز ساخته شده اند .

مهمترین کاربرد تغییر دهنده های فاز در آنتن های آرایه ی فازی است که در سیستم های ارتباطات راه دور و رادار ها استفاده می شود .

تغییر دهنده های فاز با تلفات ورودی و توان راه اندازی پایین ،  وقابلیت تنظیم پیوسته و هزینه ی ساخت پایین  ، کلید اساسی برای ساخت آرایه های آنتن فاز ی می باشد.این آنتن ها در مقیاس امواج مایکرومتر ومیلیمتر به این دلیل مورد توجه اند که می توان امواج الکترومغناطیسی را بدون حرکت   دادن فیزیکی آنتن  و  با  کنترل  الکترونیکی فاز  سیگنال

………………………………………………………………………………………

Phase shifter    Phase array scanning                        3.   MMIC

جهت داد . یک آرایه ی آنتن از مجموعه ای از المانهای  تشعشع کننده تشکیل می شوند ، که هرکدام هدایت کننده ی موج با  فازی می باشند که  به وسیله ی تغییر دهنده ی فاز تعیین می شود. بنابراین طراحی تغییر دهنده ی فاز کم اتلاف و سبک و کم هزینه برای ساخت این آنتن ها ضروری می باشد.

شکل زیر  اصول کار یک آرایه ی آنتن را بر پایه ی شیفت دهنده های فاز نشان می دهد. جهت پرتو می تواند با توجه به فاصله ی نسبی بین دو عنصر آنتن کنترل شود.

پارامتر هایی نظیر  تطبیق امپدانس مناسب ، قابلیت مدیریت مناسب توان ، توان راه اندازی پایین و سرعت پاسخ دهی بالا پارامترهای مهم در شیفت دهنده ی فاز اند.تا کنون شیفت دهنده های فاز زیادی برای دستیازی به این پارامترها ساخته شده اند. سوئیچها و تغییر دهنده های فاز و دیگر قطعات MEMS  در فرکانسهای     RF و   امواج میلیمتری عملکرد استثنائی از قبیل تلفات داخلی کم و ایزولاسیون بالا و توان راه اندازه پائین ارائه می نمایند.

تعریف

شیفت دهنده ی فاز یک شبکه ی دو دهانه است که در آن اختلاف فاز بین ورودی و خروجی با یک سیگنال کنترلی که معمولا یک  بایاس DC است کنترل می شود.

تغییر دهنده های فاز را به طور کلی می توان به دو صورت تقسیم بندی کرد. در یک تقسیم بندی به قابلیت تولید فاز قطعه  توجه می شود  و به دو نوع دیجیتال و آنالوگ تقسیم می شوند و در نوع دیگر  تقسیم بندی به تغییرات تغییر دهنده ی فاز در مقابل فرکانس توجه می شود که به دو نوع  ثابت و خطی تقسیم بندی می شود که در بخش های زیر شرح داده می شود :

تغییر دهنده ی فاز دیجیتال

شیفت دهنده های فاز دیجیتال  که در آن شیفت فاز می تواند تنها مقادیر گسسته ی از پیش تعیین شده ای نظیر 45°,90°,… را اتخاذ کنند و معمولا با کمک سوییچ ها ساخته می شوند. برای مثال یک شیفت دهنده های فاز سه بیتی بر پایه ی شبکه های تاخیر 45/90/180° بوده و می تواند با توجه به ترکیب بیتهای استفاده شده تاخیر فاز هایی مثل    0,45,90,135,180,225,270,315°   ایجاد کند  تعداد بیت های N   ، تعداد شبکه های تاخیر را معلوم می کند  و این شبکه های تاخیر را به صورت N   بیت  با توجه به ارزش فازی هر شبکه کنار هم قرار می دهیم   و 1 و 0  بودن هر بیت و یا به عبارتی هر شبکه ، یعنی این شبکه فاز تعریفی خود را ایجاد می کند و یا خیر . هر شبکه ی N بیتی  2N  حات فاز را می تواند ایجاد کند که به صورت نشان داده شده در جدول زیر می توان چنین  فاز هایی را بدست آورد :

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.

شیفت دهنده ی فاز ممز

شیفت دهنده ی فاز ممز

28 صفحه در قالب word

مقدمه:

یک شیفت دهنده ی فاز یک شبکه ی دو دهانه است که در آن اختلاف فاز بین ورودی و خروجی با یک سیگنال کنترلی که معمولا یک  بایاس DC است کنترل می شود.شیفت دهنده های با تلفات ورودی و توان راه اندازی پایین قابلیت تنظیم پیوسته و هزینه ی ساخت پایین کلید اساسی برای ساخت ارایه های آنتن با اختلاف فاز می باشد.این آنتن ها در مقیاس امواج مایکرومتر ومیلیمتر به این دلیل مورد توجه اند که می توان امواج الکترومغناطیسی را بدون حرکت دادن فیزیکی آنتن جهت داد.این مسئله می تواند با کنترل الکترونیکی فاز سیگنال امکان پذیر باشد..یک آرایه ی آنتن می تواند از هزاران عنصر آنتن که هرکدام هدایت کننده ی موجی اند که بواسطه ی شیفت دهنده ی فاز در جهت متفاوت حرکت می کند.تشکیل شده باشد. بنابراین طراحی شیفت دهنده های فاز کم اتلاف و سبک و کم هزینه برای ساخت این آنتن ها ضروری می باشد.در این تحقیق ما به بررسی انواع شیفت دهنده های فاز پرداخته و مزایا و معایب هر کدام را بیان می نماییم  و تا حد امکان معادلات ریاضی ممکن را برای هر کدام از آنها استخراج می نماییم.

دسته بندی شیفت دهنده های فاز:

شیفت دهنده های فاز در حالت کلی به دو دسته تقسیم می شوند. شیفت دهنده های فاز دیجیتال  که در آن شیفت فاز می تواند تنها مقادیر گسسته ی از پیش تعیین شده ای نظیر 45°,90°,… را اتخاذ کنند و معمولا با کمک سوییچ ها ساخته می شوند. برای مثال یک شیفت دهنده های فاز سه بیتی بر پایه ی شبکه های تاخیر 45/90/180° بوده و می تواند با توجه به ترکیب بیتهای استفاده شده تاخیر فاز هایی مثل    0,45,90,135,180,225,270,315°ایجاد کند. نوع دوم شیفت دهنده های فاز آنالوگ هستند که در آن تغییر فاز پیوسته ممکن است.این شیفت دهندهای فاز معمولا با کمک دیود های وراکتور ساخته می شوند.

امروزه تقاضا برای دو نوع  شیفت دهنده ی فاز وجود دارد،1)فاز ثابت در مقابل فرکانس 2)فاز خطی در مقابل فرکانس.

طراحی های با فاز ثابت در پردازش سیگنال های ماهواره ای،سیستمها و ادوات ارتباطی باند وسیع(میکسر های SSB ،مدولاتور های برداری ،تقویت کننده های متعادل و...) و در سیستمهای ابزاری با دقت بالا کاربرد داشته و در بهترین حالت با شبکه های سوییچینگ و تکنیکهای خطوط انتقال بار شده ساخته می شوند.طراحی های با فاز خطی در مقابل فرکانس هم به طور گسترده ای در ارایه های فازی با تاخیر زمانی واقعی مخصوصا آنهایی که پهنای باند بالایی را پوشش می دهند استفاده شده و براحتی می توانند به وسیله ی خطوط تاخیر ساز با سوییچ ساخته شوند.

در آرایه های آنتنی که از شیفت دهنده ی فاز استفاده می کنند این عنصر طول موثر خط انتقال مسیر سیگنال را تغییر داده که باعث فاز متفاوت برای هر عنصر می شود .پارامتر هایی نظیر  تطبیق امپدانس مناسب قابلیت مدیریت مناسب توان ، توان راه اندازی پایین و سرعت پاسخ دهی بالا پارامترهای مهم در شیفت دهنده ی فاز اند.تا کنون شیفت دهنده های فاز زیادی برای دستیازی به این پارامترها ساخته شده اند.برای مثال شیفت دهنده ی فاز متغیر الکترونیکی که در سال 1957 ساخته شد به دلیل فراهم آوردن تغییر فاز پیوسته در مدت زمان کوتاه گام بزرگی به حساب می آمد.علاوه بر شیفت دهنده های فاز فریتی نوع مهم دیگری از این عناصر در اواسط 1960پدیدار شد که به علت استفاده از دیود PIN به عنوان شیفت دهنده ی فاز نیمه هادی  دسته بندی شد.از آن زمان پیشرفت های زیادی در زمینه ی شیفت دهنده های فاز الکترونیکی بوجود آمد.با کمک تکنولوژی نیمه هادی نوع جدیدی از شیفت دهنده ی فاز مثل ترانزیستور های GaAs ایجاد شد و این شیفت دهنده های فاز می توانند به طور مجتمع ساخته شوند.

به طور کلی شیفت دهنده های فاز فریتی تلفات ورودی کمترو قابلیت مدیریت توان بیشتری را دارا می باشند ولی از  هزینه ی ساخت و پیچیدگی بالایی برخوردارند ولی شیفت دهنده های فاز نیمه هادی هزینه  کمتری  دارند و ابعادشان کوچکتر می باشد ولی کاربرد آنها به دلیل تلفات ورودی بالا محدود می باشد.اخیرا نوع دیگری از شیفت دهنده های فاز بر پایه ی تکنولوژی MEMS مورد توجه قرار گرفته اند تا بتوانند بر محدودیت های فوق غلبه کنند.

انواع شیفت دهنده های فاز و محدودیت های آنها:

شکل صفحه ی بعد  اصول کار یک آرایه ی آنتن را بر پایه ی شیفت دهنده های فاز نشان می دهد.جهت پرتو می تواند با توجه به فاصله ی نسبی بین دو عنصر آنتن کنترل شود.

دو روش اصلی برای طراحی شیفت دهنده های فاز وجود دارد:

1)استفاده از مواد فریتی که در آن شیفت فاز با تغییر  میدان بایاس تغییر می کند

2)استفاده از ادوات نیمه هادی

شیفت دهنده های فاز فریتی:

کارکرد این نوع شیفت دهنده های فاز بر پایه ی اثر متقابل بین امواج الکترو مغناطیسی و الکترونهای چرخان در یک فریت مغناطیس شده می باشد.جهت چرخش یا همان اسپین الکترون با توجه به میدان مغناطیسی فراهم شده تغییر می کند که این باعث تغییر نفوذ پذیری مغناطیسی فریت می شود.بنابراین با کنترل الکتریکی میدان مغناطیسی فراهم شده می توان ثابت انتشار امواج الکترو مغناطیسی و در نتیجه فاز آنها را عوض نمود. شیفت دهنده های فاز فریتی میتوانند در طراحی های مختلفی نظیر موجبر ها ،کابلهای کواکسیال و خطوط استریپ و مایکرو استریپ و در هر دو مد انالوگ و دیجیتال استفاده شوند.

شیفت دهنده های فاز فریتی در آرایه های آنتنی به دلیل وزن سبک و ابعاد نسبتا کوچکشان به طور وسیع مورد استفاده قرار گرفته اند ولی پیچیدگی و محدودیتهای فرکانسی آنها باعث شده تا نشود در بسیاری از مصارف نظامی و همچنین در ادوات ارتباطات سیار مورد استفاده قرار گیرند.

شیفت دهنده های فاز نیمه هادی:

این شیفت دهنده های فاز معمولا به دو دسته ی شیفت دهنده های فاز دیود PIN و شیفت دهنده های فاز FET با توجه به عنصر کنترل کننده ی مورد استفاده در آنها به عنوان سوییچ، تقسیم می شوند.

شیفت دهنده های فاز دیود PIN:

دیود PIN یک پیوند P-N است که داری  ناحیه ی تخلیه ی  بزرگتری از دیود عادی بین دو ناحیه ی N وP  است.افزودن این ناحیه ی ذاتی باعث نتایج متعددی نظیر قابلیت کنترل میزان هدایت در بایاس مستقیم و کاهش خازن در بایاس معکویس می شود.و بدیهی است که کاهش خازن در بایاس معکوس باعث افزایش امپدانس در این مسیر گشته و دیود را هر چه بیشتر به سوییچ ایده ال نزدیک می کند.دیود های PIN  به طرز وسیعی در مدارات مایکروویو برای مدولاسیون دامنه به کار می روند و همچنین سوییچ ها، شیفت دهنده های فاز و محدود کننده های فوق العاده ای در زمینه ی RF محسوب می شوند.

در شیفت دهنده های فاز، دیود PIN به عنوان سوییچ های الکترونیکی استفاده می شوند.شکل زیر مشخصه ی I-V ای دیود را نشان می دهد.

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.