Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers
نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران
Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers
Engineering & Technology
http://jiaeee.com
1
admin
2676-5810
2676-6086
8
10.61882/jiaeee
14
8888
13
fa
jalali
1401
1
1
gregorian
2022
4
1
19
2
online
1
fulltext
fa
یک ساختار جدید برای کلید تک ورودی- دو خروجی مبتنی بر دیود پین جهت کاربرد در فرستنده و گیرندههای باند ریزموج
A new SPDT switch based on PIN diode for transceiver applications in microwave band
الکترونیک
Electronic
پژوهشي
Research
<span style="font-size:17pt"><span style="tab-stops:188.85pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><span style="font-family:"Times New Roman","serif""><span style="font-weight:bold"><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">کلیدهای تک وردی-دو خروجی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">در</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">سیستم­های</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">بی­سیم،</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">نظیر </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">وایمکس </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">به</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">عنوان</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> داپلکسر بکار می­روند و تغییر از حالت ارسال به حالت دریافت و برعکس را انجام میدهند. </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">در </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">کلیدهای</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">تک ورودی- دو خروجی</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> ریزموج، می­توان از پیندیودها یا</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">ترانزیستورهای اثر میدانی برای کلیدزنی </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">استفاده</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">نمود. اما دیودهای پین قابلیت کنترل توان بیشتری را دارند و برای کاربرد به عنوان داپلکسر مناسب هستند. </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">تلفات عبورکم، جداسازی بالا و سرعت کلیدزنی از مسائل اصلی در طراحی کلید­ها است.</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> به­طورکلی،</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> برای کاربردهای بالاتر از 3 گیگاهرتز، دست­یابی به </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">جداسازی ب</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">الای </span></span></span><span lang="AR" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">30 </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">دسی­بل کار بسیار دشواری است</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">، زیرا ساختار کلید تک ورودی-دو خروجی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">معمولی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">نمی</span></span></span><span dir="LTR" style="font-size:11.0pt"><span style="color:black">­</span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">تواند</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">مشکل</span></span></span><s> </s><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">ضریب خودالقایی انگلی بزرگ ناشی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">از</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">بسته­بندی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">را</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">در</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">بسامدهای بالا</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">حل</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">کند.</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">در این مقاله، برای حل مشکل فوق ساختار جدیدی ارائه میگردد که در آن از یک تشدیدکننده ریزنوار موازی با دیود پین استفاده شدهاست. این تشدیدکننده، به همراه یک تشدیدکننده ریزنوار سری اثر سلفی</span></span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">ناشی از بستهبندی دیود را در حالت روشن بودن دیود و اثر خازنی ذاتی دیود را در حالت خاموش بودن آن از بین میبرد و به این ترتیب باعث افزایش </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">جداسازی </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">میشود. به علاوه، در طرح پیشنهادی هیچ یک از دیودها در مسیر سیگنال قرار ندارند و به همین دلیل، تلفات عبوری بسیار پایین است. در طراحی کلید پیشنهادی از پین­دیود با شماره قطعه 1340</span></span></span><span dir="LTR" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">SMP</span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">استفاده شده­است که سرعت کلیدزنی بسیار بالایی دارد. همچنین این پین­دیود نسبت به دیگر پین­دیودها از خازن پیوند و مقاومت هدایتی کوچک­تری برخوردار است. با استفاده از تحلیل ریاضی عملکرد کلید، روابط ریاضی طراحی به دست آمده است و جهت اثبات صحت تحلیل و عملکرد طرح پیشنهادی، کلید طراحی شده در نرم افزار</span></span></span> <span dir="LTR" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">ADS</span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">شبیه­سازی شده­است. این شبیه سازی ابتدا بصورت شماتیک و سپس خطوط انتقال بصورت </span></span></span><span lang="AR-SA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">چیدمان بر روی زیرلایه </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">و با استفاده از قابلیت </span></span></span><span dir="LTR" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">EM_Cosim</span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> نرم افزار </span></span></span><span dir="LTR" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">ADS</span></span> <span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">انجام شدهاست. نتایج شبیهسازی، </span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">جداسازی بیش از </span></span></span><span lang="AR" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black">50</span></span></span><span lang="FA" style="font-size:11.0pt"><span style="font-family:"B Nazanin""><span style="color:black"> دسی­بل و تلفات عبور کمتر از 2/0 دسی­بل را فقط با استفاده از چهار عدد دیود پین نشان می­دهد.</span></span></span></span></span></span></span></span></span>
SPDT switches are used as duplexer in wireless systems, as WIMAX, to switch between transmit and receive states. Microwave SPDT switches may be designed using FET’s or PIN diodes. However, PIN diode is suitable for duplexer applications due to its high power handling capability. I general, in frequencies higher than 3 GHz, isolation better than 30 dB is a challenge. This is due to the parasitic inductance of PIN diode.<br>
In this paper, we propose a new structure for SDPT PIN diode switch to overcome this challenge. In the proposed structure a micro-strip line is adopted parallel to the diode. This line, in conjunction with another micro-strip line that is in series with the diode, eliminates the diode inductance in on-state and the diode capacitance in off-state, and hence improves both of isolation and insertion loss. The proposed structure has been analyzed mathematically and analytic equations have been derived to design the proposed switch. Finally, simulation results have been used to validate the performance of the switch. Simulations are performed using SMP1340 PIN diode and the model presented by the diode manufacturer. The simulations are in ADS and EM and EM_Cosim simulators are used to simulate the switch layout and include the layout effects accurately. Simulation results show more than 50dB isolation and less than 0.2dB insertion loss.<br>
کلید ریزموج, پین دیود, کلید تک ورودی- دو خروجی, تشدیدکننده خط انتقال, داپلکسر
Microwave switch, SPDT, PIN diode, Transmission line resonator, Duplexer
13
19
http://jiaeee.com/browse.php?a_code=A-10-697-1&slc_lang=fa&sid=1
Fardin
Faraji
فردین
فرجی
fardin_faraji220@yahoo.com
10031947532846009299
10031947532846009299
No
Electrical Department, Electronic Engineering Faculty Iran University of Science and Technology
دانشکده مهندسی برق- دانشگاه علم و صنعت ایران
Javad
Yavand Hasani
جواد
یاوند حسنی
yavand@iust.ac.ir
10031947532846009300
10031947532846009300
Yes
Electrical Department, Electronic Engineering Faculty Iran University of Science and Technology
دانشکده مهندسی برق- دانشگاه علم و صنعت ایران