عنوان پایان‌نامه
طراحی و پیاده سازی تقسیم کننده توان و تفکیک کننده فرکانس برای گیرنده فرکانسی باند پهن بلادرنگ
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68245
- تاریخ دفاع
- ۰۲ تیر ۱۳۹۳
- دانشجو
- سمیرا عبازاده چوندرق
- استاد راهنما
- ناصر معصومی
- چکیده
- گیرنده¬های IFMبرای تشخیص بی¬درنگ فرکانس سیگنال در محیط¬های راداری بکار می¬روند. تفکیک کننده فرکانس هسته اصلی گیرنده IFM بوده و روی مشخصه¬های اصلی گیرنده از جمله دقت تشخیص فرکانس، محدوده دینامیکی، میزان حساسیت در آشکارسازی سیگنال و مساحت تأثیر به¬سزایی دارد. روش¬های پیاده¬سازی تفکیک کننده را می¬توان در سه دسته اصلی آنالوگ، دیجیتال و مایکرواستریپ جای داد. ساختارهای آنالوگ نیاز به تنظیمات زیادی داشته و پهنای¬باند محدودی دارند. ساختارهای دیجیتال با دقت¬های بالایی فرکانس سیگنال را آشکار می¬کنند. با این حال حساسیت این ساختارها به هنگام حضور نویز پایین¬تر آمده و توان مصرفی بالایی نیز دارند. ساختارهای مایکرواستریپ دقت¬ فرکانسی کم¬تری در مقایسه با روش¬های دیجیتال داشته، در عوض حساسیت بالاتر، روال طراحی و پیاده¬سازی ساده¬تر و توان مصرفی کم¬تری دارند. اغلب روش¬های مایکرواستریپی به دلیل استفاده از خطوط تأخیر در پیاده¬سازی تفکیک کننده حساسیت زیادی نسبت به نویز و تغییرات ساخت نشان می¬دهند. از طرفی این روش¬ها به ناچار از بسترهای با ضریب دی¬الکتریک بالا استفاده کرده¬اند. در این پایان¬نامه ابتدا روشی برای پیاده¬سازی تفکیک کننده فرکانس روی بسترهای با ضریب دی¬الکتریک پایین¬تر، با استفاده از تشدید¬کننده¬های ربع موج که میزان حذف بالایی در باند حذف ایجاد می¬کنند، پیشنهاد شده است. فیلتر میان¬نگذر مبتنی بر تشدید¬کننده¬های ربع موج، باند حذف باریک با میزان حذف بالا ایجاد می¬کند. از کنار هم قرار دادن دسته¬ای از این تشدید-کننده¬ها با فرکانس¬های تشدید متوالی، باند حذف با پهنای مورد نیاز ایجاد می¬شود. تفکیک کننده پیاده¬سازی شده با این روش حساسیت کم¬تری به نویز داشته و نسبت به ساختارهای متداول 50 درصد کاهش مساحت نشان می¬دهد. این روش به دقت آشکارسازی فرکانس MHz5/62 روی بازه فرکانسی GHz4-2 می¬رسد. عملکرد اغلب تفکیک کننده¬های فرکانس به هنگام حضور دو یا چند سیگنال با فرکانس متفاوت در ورودی گیرنده، مختل شده و در بهترین حالت تفکیک کننده فقط فرکانس یکی از سیگنال¬ها را به درستی گزارش می¬دهد. برخی تفکیک کننده¬های دیجیتال که از پردازش سیگنال در تشخیص فرکانس سیگنال استفاده¬ می¬کنند، مشکل هم¬زمانی را تا حدودی رفع می¬کنند. با این حال در این ساختارها در صورتی که فرکانس سیگنال¬ها یا سطح توانشان نزدیک به هم باشد، احتمال ایجاد خطا بسیار بالا می¬رود. هم¬چنین این روش¬ها حساسیت بسیار زیادی به نویز داشته و تنها در بازه¬های کوچکی از پهنای¬باند کاری عملکرد صحیحی دارند. در این پایان¬نامه برای نخستین بار روشی برای پیاده¬سازی تفکیک کننده فرکانس با قابلیت آشکارسازی سیگنال¬های همزمان ارائه شده است. روش پیشنهادی از پنج فیلتر چهارکاناله و سه فیلتر پنج¬کاناله برای آشکارسازی سیگنال¬های همزمان با دقت MHz5/62 روی بازه فرکانسی GHz4-2 استفاده می¬کند. باند فرکانسی کانال¬های مربوط به یک فیلتر چندکاناله به قدری دور از یک¬دیگر انتخاب می¬شود که پاسخ فرکانسی کانال¬ها اثر مخرب روی یک¬دیگر نداشته باشند. تمامی فیلترها از مرتبه سه و با پهنای¬باند MHz250 می¬باشند. در پیاده¬سازی فیلترهای مرتبه سه از تشدید¬کننده-های سه¬حالته با دو صفر انتقال در دو سمت باند گذر استفاده شده است. متوسط اتلاف باند عبورdB 7/0 بوده و آستانه باند عبور به طور میانگین روی dB 5/2 تنظیم می¬شود. هر یک از فیلترها به طور مجزا با مشخصات مطلوب طراحی شده و سپس از طریق تزویج گسترده در ساختار فیلتر چهارکاناله و پنج¬کاناله قرار می¬گیرد. استفاده توأم از تکنیک تزویج گسترده و فیلترهای مرتبه سه مبتنی بر تشدید¬کننده¬ سه حالته، علاوه بر ایجاد ساختارهای فشرده و کاهش اتلاف عبور، روال طراحی ساده¬تری را به دلیل عدم نیاز به استفاده از شبکه¬های تطبیق در اتصال فیلترهای ساختار چندکاناله معرفی می¬کند. واژه¬های کلیدی: گیرنده IFM، تفکیک کننده فرکانس، تشدید¬کننده ربع موج، آشکارسازی سیگنال¬های همزمان، فیلتر میان¬نگذر، فیلتر چندکاناله، تشدید¬کننده چندحالته و راهکار تزویج گسترده
- Abstract
- IFM receivers are used in radar signal environment for instantaneous frequency estimation of RF incoming signals. Frequency discriminators are key components of instantaneous frequency measurement (IFM) receivers and have large impact on receiver characteristics such as frequency resolution, dynamic range, sensitivity, and area. Discriminators can be implemented using analog, digital and microstrip structures. Analog structures have limited operation bandwidth and need some calibrations. Digital structures have high frequency resolution; however their power consumption is high as well. In addition, their sensitivity decreases in the presence of noise. Microstrip discriminators have low frequency resolution in comparison with those of the digital methods, however, they benefit from some features such as simple design and implementation procedure, low power consumption, and low fabrication cost. Because of the usage of delay lines in the implementation of conventional micro-strip discriminators, these structures have high sensitivity to noise and fabrication errors and inevitably use high permittivity substrates. In this research, the microstrip discriminators based on quarter-wave resonators for the frequency range of 2-4GHz are proposed. The frequency response of the quarter-wave band-stop filter represents a narrow rejection band and wide pass band. In spite of the narrow bandwidth of a single resonator, an array of coupled resonators in consecutive resonance frequencies realizes the wide stop-bands needed in discriminators. The proposed method achieves more than 50% size reduction compared to the discriminators using half-wave resonators. In addition, high stop-band rejection property of the quarter-wave resonators makes feasible implementation of the discriminators on low permittivity substrates. The measured results show good agreement with those of simulations. The implemented discriminators frequency resolution is 62.5MHz. The main defect of IFM receiver is that it can process only one signal at a time and it may generate invalid frequency data in the simultaneous presence of multiple signals. Theoretically, many mathematical methods can solve the simultaneous signal problem. However, practically these methods lose their efficiency in presence of noise and nonlinear behavior of the receiver. In this thesis a novel frequency discriminator for the IFM receiver having simultaneous signals determination capability is presented for the first time. The proposed discriminator is designed for 62.5MHz frequency resolution over a frequency range of 2GHz to 4GHz. The discriminator uses five 4-channel and three 5-channel filters for simultaneous signals detection. Tri-mode resonators with two transmission zeros on the both sides of the pass-band are employed in implementation of three order band-pass filters. Each of filters with almost 2.5dB insertion loss has 250MHz bandwidth. A distributed coupling technique is utilized to locate the filters in multi-channel filters structure. This technique benefits some features such as reduced insertion loss, compact size, and eliminating the matching networks needed in conventional structures. Keywords: IFM receiver, frequency discriminator, quarter-wavelength resonator, simultaneous signals determination, band-stop filter, multi-channel filter, multi-mode resonator, distributer coupling technique
