Mikrodalga vericileri için geniş bantlı kuvvetlendiricilerin gerçel frekans teknikleri kullanılarak tasarlanması

Maxwell, Marconi, Hertz ve Tesla gibi önemli bilim insanlarının öncülük ettiği kablosuz iletişimin evrimi, 19. yüzyılın sonlarından itibaren teknoloji üzerinde büyük bir etkiye sahipti. 20. yüzyılın başlarında radyo teknolojisi ilerledikçe kablosuz iletişim yaygınlaştı, böylece sivil, endüstriyel, askeri ve tıbbi uygulamalar dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde önemli bir rol oynadı. Antenler ve güç amplifikatörleri, elektromanyetik dalga yayılımının temel ilkelerine dayanan kablosuz iletişim sistemlerinin temel bileşenleridir. WI-FI, WIMAX gibi ticari iletişim sistemlerinin yükselişi ve 5G ile 6G teknolojilerinin devamlı gelişimi, antenler ve güç amplifikatörleri pazarını genişletti. Bu teknolojiler günümüzün ticari ortamının ayrılmaz bir parçasıdır ve antenlerin olduğu gibi, mikrodalga güç amplifikatörlerinin de çok yönlü uygulamalarla uzay araştırmaları ve teknolojileri üzerindeki etkilerini genişletmektedir. Mevcut ve yeni ortaya çıkan kablosuz iletişim sistemlerinin çeşitliliği, benzersiz özelliklere sahip, sürekli gelişen antenleri ve güç amplifikatörlerini gerektirmektedir. Mikrodalga mühendisleri, çeşitli modülasyon türleri ve frekans bantları nedeniyle anten ve güç amplifikatörü tasarımı çalışmalarını özellikle ilgi çekici bulmaktalar. Uygulama anten tasarımı, bant genişliği, ışın hüzmesi genişliği, polarizasyon ve kazanç gibi kritik faktörlere odaklanır. Güç amplifikatörü tasarım süreci, güç kazancı, çıkış gücü, verimlilik ve amplifikatör bant genişliği gibi spesifik tasarım parametreleri dikkate alınarak amplifikatör için anten ve güç transistörünün seçilmesiyle başlar. Geniş bant antenlerin ve geniş bant güç amplifikatörlerinin tasarımı, özellikle farklı amaçlar için farklı dalga boyları boyunca iletişimi entegre eden sistemler için bir araştırma odağı olarak çok önemlidir. Geniş bantlı antenlerin ve amplifikatörlerin tasarlanması, özellikle tipik olarak tek bir rezonans frekansına sahip mikroşerit yama antenleriyle uğraşırken zorluklar doğurmaktadır Bu zorlukların üstesinden gelmek ve geniş bantlı frekanslarda rezonansı mümkün kılmak için transistör çıkışı ile anten girişi arasında empedans uyumlaştırma devresi kullanıldı. Tasarım yaklaşımı, empedans uyumlaştırma sorunu için Birleşik Gerçek Frekans Teknikleri olarak bilinen yeni RFT-LS (Gerçel Frekans Teknikleri) modelinin kullanılmasını içermektedir. Çalışmanın bir bölümü Birleştirilmiş Gerçek Frekans Teknektiği (U-RFT) yöntemine ayrılmıştır. Bu yöntem özellikle geniş bantlı mikrodalga amplifikatörlerin tasarımında çok kullanışlıdır. Bu yöntemde kayıpsız bir ekolayzır, birim normalize edilmiş saçılma parametreleri cinsinden tanımlanır ve eşleştirilecek blokların saçılma parametreleri kullanılarak hesaplamalar yapılır. U-RFT yöntemi, diğer bilgisayar destekli tasarım (CAD) algoritmalarına kıyasla daha hızlı ve daha erişilebilirdir. Geniş bant mikrodalga amplifikatörlerinin tasarımı için doğası gereği uygundur. Yöntem, sistemin dönüştürücü güç kazancını (TPG) eşleştirilecek şekilde optimize eder. Ancak kazanç optimizasyonu tek başına başarılı uyumlaştırma devrelerini sağlayamayabilir. Önerilen yöntem, tüm amplifikatör bloğu için türetilmiş denklemlere dayalı olarak saçılma parametrelerini optimize ederek giriş ve çıkış uyumlaştırma devrelerinin eşzamanlı tasarımını mümkün kılar. Yaklaşım, mikrodalga mühendisleri için kapsamlı bir tasarım aracı sağlayan, MATLAB'da yazılmış paket programlar aracılığıyla uygulanmaktadır. Çalışmanın bir başka bölümü, üç ana bölüme ayrılan Birleşik Gerçel Frekans Teknikleri (U- RFT) yöntemini araştırmaktadır: Birleşik RFT'nin Temel Kavramları, U-RFT aracılığıyla GBWL'nin (Kazanç-Bant Genişliği Sınırı) değerlendirilmesi ve uyumlaştırma devreleri için modeller oluşturmaktadır. Geniş bant rezonansını elde etme çabası, Konik ve Horn antenleri ve daha sonra Mikroşerit yama anteni dahil olmak üzere çeşitli geometrik anten şekillerinin test edilmesini içermektedir. Ancak normal Mikroşerit anten yapıları istenilen dar bant rezonansının (100-200MHz) elde edilmesiyle sınırlıdır. Bu nedenle, performanslarını değerlendirmek için simüle edilen Monopol anten yapılarının ve bunların varyasyonlarının test edilmesine yol açan alternatif yaklaşımlar araştırılmıştır. Güç Amplifikatörü (PA) tasarım süreci boyunca farklı transistörlerle simülasyonlara tabi tutuldu. Başlangıçta simülasyonlar, Mini-Circuits`in SAV581+ Modelini kullanarak ve küçük işaret analizi yapılarak devremizi tasarlamıştık, sonraki tasarım MACOM`un DC-6GHz aralığında çalışan CGH40010 HEMT Galyum Nitrür – GaN Güç Amplifikatörüne dayanıyordu. Ancak en son tasarım çalışması, MACOM`un DC-6GHz aralığında çalışan CG2H40010F HEMT Galyum Nitrür – GaN Güç Amplifikatörü temel alan simülasyon ve tasarıma doğru yöneldi. Anten modellerinin ve güç amplifikatörlerinin Birleşik Gerçek Frekans Teknikleri ile birleştirilmiş bu kapsamlı incelemesi, geniş bant rezonansının elde edilmesine ve mikrodalga sistemlerinin performansının optimize edilmesine yönelik sistematik bir yaklaşımı göstermektedir.