Шестивходовое устройство на основе многослойных интегрированных в подложку волноводов

Автор(и)

  • Т. Х. Ч. Боуазза Университет Тахара Моулая, Algeria https://orcid.org/0000-0003-3873-0087
  • К. Ноури Университет Тахара Моулая, Algeria
  • Дж. Тао ENSEEIHT, France
  • Б. С. Боуазза Университет Тахара Моулая, Algeria
  • Т.-Х. Вуонг ENSEEIHT, France

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347018020036

Ключові слова:

шестивходовый SIW, интегрированный в подложку волновод, многослойный, ответвитель, делитель мощности

Анотація

В статье представлена новая конструкция шестивходового устройства на основе многослойных интегрированных в подложку волноводов SIW (substrate integrated waveguides). Эта конструкция основана на использовании многослойной структуры с целью уменьшения размеров устройства при сохранении рабочих характеристик реализуемого компонента. Разработанное шестивходовое устройство на базе SIW состоит из двух базовых элементов: делителя мощности SIW и направленного ответвителя. Эти два элемента спроектированы, оптимизированы и согласованы для получения улучшенных рабочих характеристик на рабочей частоте 11 ГГц. Результаты моделирования показали, что новое шестивходовое устройство на базе многослойного SIW обладает хорошими рабочими характеристиками, в частности хорошим уровнем обратных потерь, развязкой более –20 дБ, и величиной коэффициента передачи выше –10 дБ. Преимуществом этого SIW устройства являются малые размеры 160х34,8 мм, ширина данного устройства примерно на 50% меньше, чем у планарного шестивходового SIW устройства, что позволяет достичь более высокой плотности интеграции в телекоммуникационных системах и планировать создание устройств с меньшими размерами. Переход от микрополосковой линии к SIW используется для облегчения интеграции этого компонента в другие планарные устройства. Указанные структуры спроектированы, промоделированы и оптимизированы с помощью программного обеспечения Ansoft HFSS.

Посилання

Kobrin, K. V.; Manuilov, M. B.; Sinyavsky, G. P. “Field-theory analysis and design of multiport branch-guide couplers for contoured beam antennas,” Proc. of Int. Conf. on Antenna Theory and Tech., ICATT, 9-12 Sept. 2003, Sevastopol, Ukraine. IEEE, 2003, pp. 769-771, 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/ICATT.2003.1238861.

Kantartzis, N. V.; Gatzianas, M.; Kosmanis, T. I.; Tsiboukis, T. D. “Analysis of multiport waveguide structures by a higher-order FDTD methodology based on non-orthogonal curvilinear grids,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 20-24 May 2001, Phoenix, AZ, USA. IEEE, 2001, pp. 2051-2054. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2001.967315.

Wessel, W.; Sieverding, T.; Arndt, F. “Mode-matching analysis of general waveguide multiport junctions,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 13-19 Jun. 1999, Anaheim, CA, USA. IEEE, 1999, pp. 1273-1276. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1999.779619.

Bialkowski, M. E. “Analysis of an N-port consisting of a radial cavity and E-plane coupled rectangular waveguides,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 40, No. 9, pp. 1840-1843, Sep. 1992. DOI: https://doi.org/10.1109/22.156613.

Yeo, S. P.; Qiao, L.; Cheng, M. “Symmetrical N-port waveguide junction loaded with dielectric sleeve and metallic post,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 43, No. 6, pp. 1298-1302, Jun. 1995. DOI: https://doi.org/10.1109/22.390186.

Engen, G. F. “The six-port reflectometer: An alternative network analyzer,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 25, No. 12, pp. 1075–1080, Dec. 1977. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1977.1129277.

Urbanec, T. “Special methods for microwave vector measurements,” Ph.D. Thesis, Dept. of Radio Electronics, Brno University of Technology, Brno, Czech Republic, 2007.

Deslandes, D.; Wu, K. “Integrated microstrip and rectangular waveguide in planar form,” IEEE Microwave Wireless Components Lett., Vol. 11, No. 2, pp. 68-70, Feb. 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/7260.914305.

Uchimura, H.; Takenoshita, T.; Fujii, M. “Development of a ‘laminated waveguide’,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 46, No. 12, pp. 2438-2443, Dec. 1998. DOI: https://doi.org/10.1109/22.739232.

Hirokawa, J.; Ando, M. “Single-layer feed waveguide consisting of posts for plane TEM wave excitation in parallel plates,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 46, No. 5, pp. 625-630, May 1998. DOI: https://doi.org/10.1109/8.668903.

Grigoropoulos, N.; Sanz-Izquierdo, B.; Young, P. R. “Substrate integrated folded waveguides (SIFW) and filters,” IEEE Microwave Wireless Compon. Lett., Vol. 15, No. 12, pp. 829–831, Dec. 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2005.860027.

Chen, J.; Hong, W.; Chen, X.; Yan, P.; Lai, Q.; Wu, K. “An LTCC X-band receiver front-end using embedded multilayer substrate integrated waveguide filter,” Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 50, No. 2, pp. 285-287, 2008. DOI: http://doi.org/10.1002/mop.23057.

Eom, D.-S.; Byun, J.; Lee, H.-Y. “Multilayer substrate integrated waveguide four-way out-of-phase power divider,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 57, No. 12, pp. 3469-3476, Dec. 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2034311.

Hong, W.; Liu, B.; Wang, Y.-Q.; Lai, Q.-H.; Tang, Hongjun; Yin, Xiao Xin; Dong, Yuan Dan; Zhang, Yan; Wu, K. “Half mode substrate integrated waveguide: a new guided wave structure for microwave and millimeter wave application,” Proc. of Joint 31st Int. Conf. on Infrared Millimeter Waves and 14th Int. Conf. on Terahertz Electronics, 18–22 Sept. 2006, Shanghai, China, IEEE, 2006, p. 219. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIMW.2006.368427.

Ali, A. A. M.; Fonseca, N. J. G.; Coccetti, F.; Aubert, H. “Design and implementation of two-layer compact wideband Butler matrices in SIW technology for Ku-band applications,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 59, No. 2, pp. 503-512, Feb. 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2093499.

Lee, J.-H.; Pinel, S.; Papapolymerou, J.; Laskar, J.; Tentzeris, M. M. “Low-loss LTCC cavity filters using system-on-package technology at 60 GHz,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 53, No. 12, pp. 3817–3824, Dec. 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.859864.

Hoer, C. A. “The six-port coupler: A new approach to measuring voltage, current, power, impedance, and phase,” IEEE Trans. Instrum., Meas., Vol. 21, No. 4, p. 466–470, 1972. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.1972.4314068.

Moldovan, Emilia; Tatu, Serioja-Ovidiu; Gaman, Tamara; Wu, Ke; Bosisio, R. G. “A new 94-GHz six-port collision-avoidance radar sensor,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 52, No. 3, p. 751-759, Mar. 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.823533.

Tatu, Serioja Ovidiu; Moldovan, Emilia; Wu, Ke; Bosisio, Renato G. “A new direct millimeter-wave six-port receiver,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 49, No. 12, p. 2517-2522, Dec. 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/22.971644.

Xu, X. Y. “Software defined radio receiver platform based on six-port technology,” Doctoral Disser. EcolePolytechnique Montreal,Canada, 2006. ISBN: 978-0-494-20839-7.

Xu, X.; Bosisio, R. G.; Wu, K. “A new six-port junction based on substrate integrated waveguide technology,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 53, No. 3, pp. 2267-2272, Jul. 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.850455.

Liu, B.; Hong, W.; Wang, Y.-Q.; Lai, Q.-H.; Wu, K. “Half mode substrate integrated waveguide (HMSIW) 3-dB coupler,” IEEE Microwave Wireless Components Lett., Vol. 17, No. 1, pp. 22-24, Jan. 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2006.887244.

Li-nan, W.; Xu-chun, Z.; Chuang-ming, T.; Ming, Z. “A new substrate integrated waveguide six-port circuit,” Proc. of Int. Conf. on Microwave and Millimeter Wave Technology, ICMMT, 8-11 May 2010, Chengdu, China. IEEE, 2010, p. 59-61. DOI: https://doi.org/10.1109/ICMMT.2010.5525288.

“Microwave Encyclopedia”, http://www.microwaves101.com/encyclopedia/siw.cfm, http://www.microwaves101.com/encyclopedia/waveguidemath.cfm.

Germain, S.; Deslandes, D.; Wu, K. “Development of substrate integrated waveguide power dividers,” Proc. of Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, 4-7 May 2003, Montreal, QC, Canada. IEEE, 2003, vol. 3, pp. 1921–1924. DOI: https://doi.org/10.1109/CCECE.2003.1226289.

Levy, R. “Improved single and multiaperture waveguide coupling theory, including explanation of mutual interactions,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 28, No. 4, pp. 331–338, Apr. 1980. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1980.1130073.

Cassivi, Y.; Deslandes, D.; Wu, K. “Substrate integrated waveguide directional couplers,” Proc. of Asia-Pacific Microwave Conf., Kyoto, Japan, 19–22 Nov. 2002.

Bouazza, T. H. C.; Nouri, K.; Bouazza, B. S.; Damou, M.; Becharef, K. “Multilayer substrate integrated waveguide directional coupler,” Int. J. Microwave Optical Technol., Vol. 11, No. 4, p. 245-250, July 2016. URI: http://www.ijmot.com/VOL11NO4.ASPX.

Kramer, O.; Djerafi, T.; Wu, K. “Dual-layered substrate-integrated waveguide six-port with wideband double-stub phase shifter,” IET Microwaves Antennas Propag., Vol. 6, No. 15, pp. 1704–1709, 2012. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-map.2012.0272.

Doghri, A.; Djerafi, T.; Ghiotto, A.; Wu, K. “Broadband substrate-integrated-waveguide six-port applied to the development of polarimetric imaging radiometer,” Proc. of 41st European Microwave Conf., EuMC, 10-13 Oct. 2011, Manchester, UK. IEEE, 2011. DOI: https://doi.org/10.23919/EuMC.2011.6101963.

Ding, Y.; Wu, K. “Half-mode substrate integrated waveguide six-port front-end circuits for direct-conversion transceiver design,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 15-20 June 2008, Atlanta, GA, USA. IEEE, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2008.4633267.

Chen, J.; Hong, W.; Yan, P.; Liu, B.; Wang, Y.; Wu, K. “Design of a six-port junction using half-mode substrate integrated waveguide,” Proc. of Asia-Pacific Microwave Conf., 11-14 Dec. 2007, Bangkok, Thailand. IEEE, 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/APMC.2007.4554870.

Abdulhadi, A. E.; Suntives, A.; Abhari, R. “Design of a SIW-based data communication system using a SIW six-port receiver,” Proc. of IEEE 18th Conf. on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems, 19-21 Oct. 2009, Portland, OR, USA. IEEE, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/EPEPS.2009.5338454.

Опубліковано

2018-02-23

Як цитувати

Боуазза, Т. Х. Ч., Ноури, К., Тао, Д., Боуазза, Б. С., & Вуонг, Т.-Х. (2018). Шестивходовое устройство на основе многослойных интегрированных в подложку волноводов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 61(2), 85–95. https://doi.org/10.20535/S0021347018020036

Номер

Розділ

Оригінальні статті