Kesirli düzen türev kullanılarak güç toplayıcının modellenmesi

Güç Toplama teknikleri 1960'ların sonunda ve 1970'lerin başında aktif cihazların kullanılmaya başlamasıyla ortaya çıkmıştır. 1960'ların sonuna gelindiğinde, milimetrik-dalga bölgesinde işlev gören tek cihazlar tanıtılmış ve daha yüksek güç seviyelerine ulaşmak için, araştırmacılar bu cihazların birkaçını toplamak için yollar aramışlardır. Bunlar, farklı teknik ve transmisyon araçları kullanılarak; karıştırıcı, çarpıcı ve osilatör veya diğer lineer ve lineer olmayan devreler için hayati bileşenler olmanın yanında, yüksek güçlü amplifikatör (GA) tasarmında da önemli bir rol oynamaktadır. Güç toplayıcı, yüksek performans seviyeleri sağlarken, çoklu girişler arasındaki RF/Mikrodalga sinyallerinin K-sayılarını tek bir çıkışta birleştiren veya toplayan çok uçlu bir cihazdır. Yaygın olarak birçok uygulamada, özellikle yüksek frekanslarda kullanılan güç toplayıcının ayırt edici özelliği, etkisi, bant genişliği ve doğal olarak boyutuyla ilgisiyle olan ekleme kaybıdır. Güç toplayıcıların performansı, güç toplayıcının yapısının türüne ve dizayn teknolojisine sıkı sıkıya bağlıdır. Doğru türler yüksek güç elde etmek için ayrı sinyalleri toplarken, istenen performansa ulaşmak için kullanılmaktadır. Birçok uygulamada kullanılan en önemli yapılardan biri olan transmisyon hattı transformatörleri, çok sayıda uygulama için düşük frekanslardan yüksek frekanslara kadar geniş bant işlevselliği sağlamaktadır. Matematiksel bir sistem deneyimi için kesir dereceli türev gereklidir. Son on yılda farklı alanlarda kesirli türev kullanan çeşitli sistemler önerilmiştir. Kesir dereceli modellemenin, uzun süreli bellek sürecinde, klasik tam sayı-dereceli modelden daha fazla avantajı vardır. Ayrıca, ekstra parametreler (kesirli) sistemin tepkisini geliştirerek; özgürlüğünü, derecesini ve dizayn esnekliğini artırmaktadır. Transmisyon hattı transformatör yapılandırması kullanarak, uyumlu bir yapıyla, dereceli elementler kullanarak iki yollu bir güç toplayıcı tanıtılmıştır. Önerilen toplayıcı 3MHz-3GHz aralığında çalışmaktadır. Yapı, ideal bir transformatör kullanılarak geniş bant bir devrede uygulanmaktadır. Önerilen devre analitik olarak incelenmiş ve HFSS içindeki fiziksel boyutlarda elde edilmiştir. Genel yapıyı düzenleyen denklemleri çıkarmak için, önerilen güç toplayıcı, giriş kaynağı ve çıkış portundaki giriş kaynak voltajlarını ve direncini içeren eşdeğer devre modeliyle varsayılmıştır. Ayrıca, transmisyon hattı ile eşdeğer devre modeli, önerilen yapının tasarım süreci boyunca gerekli olan başlangıç koşullarıyla tanımlanmaktadır. Eşdeğer devre bazında, genel yapının davranışı, iki gereksinimin ortak sonucunun neticesidir: İlk olarak devrenin her iki parçasının kendi öz nitelikleri ile uyum içinde çalışması ve ikinci olarak da, bu tür performansın, yapının diğer bölümleri ile ardışık olarak toplayıcı halinde olması gerekir. Kirchhof Kanunu, devre elementleriyle nitelendirilirken, transmisyon hattı transformatörünün davranışı, transmisyon hattı denklemleri ile nitelendirilir. Aralarındaki ara bağlantı, dizaynın başlangıç şartları ve uçlarındaki gerilim ve akımların süreklilik koşulları ile tanımlanmaktadır. β faz sabiti; l transmisyon hattının uzunluğu; z_o empedans olarak tanımlanmaktadır; V_s çıkış voltajı; V_g1 ve V_g2 giriş voltajları V_ia ve V_ib transmisyon hattı sınırlarındaki voltajlar; V_2 ve V_1 sırasıyla düğüm noktasındaki voltajlar. Çıkış voltajı ve düğümlerdeki voltajlar, genel yapıyı düzenleyen sistemi çözerek ve tezin sonraki bölümünde önerilen güç toplayıcının performanslarını belirlemek suretiyle kurulmaktadır. Çoğu gerçek dizayn, performanslarını etkileyebilecek ideal olmayan bir fenomene sahiptir. Bu fenomenlerden biri de yüzey etkisidir. Doğru simülasyon sonuçlarını elde etmek için önerilen tasarımda deri yüzey olgusu incelenmiştir. Bununla ilgili terim, analitik olarak, kesitteki transmisyon hattının karakteristik empedansından ve RLCG modelindeki yüzey iletkeninin direncinden çıkarılmaktadır. HFSS'te deri etkisi, iletken içindeki alanları varsayılan olarak bulmak suretiyle modellenmiştir. Geniş bant modeli eşdeğer devre uygulamasıyla, HFSS'te EM analizi ilgi aralığında teorik analizin bir yönünü verirken, MATLAB simülasyonlarında transmisyon parametreleri kanıtlanmıştır. İlgi aralığındaki ufak bir artışla toplam 1dB'ye çıkan giriş yansıma katsayısı, portlar arası izolasyonda S_12 için 14dB civarında; S_13 ve S_23.için 3dB civarında bulunmaktadır. Çalışmamızın kalitesi ve başarımı, kesir dereceli transmisyon hattının klasik hatla karşılaştırılması göz önünde bulundurularak, MATLAB/HFSS ortak simülasyon sonuçlarıyla vurgulanmıştır. Bu tezde incelenen, doğru sonuç açısından ödünleşim sağlamaktadır. Ayrıca, türevin derecesiyle daha çok kontrol sağlamaktadır. Buna ek olarak, yüzey etkisi de önerilen yapının analizinde modellenmekte, güç toplayıcının tepkisi simülasyon sonuçlarında hiçbir etki göstermemektedir.