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Scientific Reports volume 12, numero articolo: 17351 (2022) Citare questo articolo

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Questo documento presenta due divisori di potenza a banda stretta con un rapporto di divisione di potenza ad ampio intervallo basato sui due nuovi metodi di controllo della perdita di inserzione, ovvero linea a bassa impedenza e condensatore di accoppiamento. Inizialmente, un BPF a banda stretta viene progettato sulla base del modello di circuito equivalente e del circuito equivalente LC. Quindi, utilizzando la densità di corrente superficiale, si determina quale parte della struttura BPF può essere controllata la perdita di inserzione (IL) alla frequenza centrale. I divisori di potenza Wilkinson (TWPD) sintonizzabili sono progettati sulla base di componenti di controllo IL per creare un'ampia gamma di rapporti di divisione della potenza, utilizzando solo due tensioni CC. La frequenza centrale del primo TWPD progettato è 2,5 GHz e il rapporto di divisione della potenza può essere controllato fino a 1:45 mediante variazione di due tensioni CC da 0 a 8 V. Poiché la struttura dei TWPD è simmetrica, le tensioni inverse risultano la potenza divisa invertita tra le porte di uscita. La frequenza centrale del secondo TWPD progettato è 2,52 GHz e il rapporto di divisione della potenza può essere controllato fino a 1:134 mediante variazione di due tensioni CC da 1,7 a 4 V. Vengono fabbricati e misurati due TWPD proposti. Vengono presentati confronti tra i risultati misurati e simulati per verificare le previsioni teoriche.

Nella maggior parte dei sistemi di telecomunicazione, i divisori di potenza (PD) con rapporti di ripartizione della potenza uguali e disuguali rappresentano un elemento essenziale nella rete di alimentazione per l'array di antenne. Recentemente, i progettisti hanno preso in considerazione la progettazione di circuiti a microonde basati su nuovi metodi come le applicazioni a onde lente della trasparenza indotta elettromagneticamente nel risonatore a microstriscia1 e il quadro automatizzato per l'ottimizzazione dei componenti a microonde miniaturizzati2. Inoltre, nei sistemi di comunicazione wireless a microonde come gli array a fasi e le reti di orientamento del fascio, è necessario che il segnale si divida come uguale o disuguale utilizzando il divisore di potenza. I divisori di potenza Wilkinson (WPD) sono ampiamente utilizzati, con caratteristiche tra cui: rapporto di divisione della potenza flessibile, capacità di rimuovere CC, seconda e terza armonica, dimensioni compatte, corretto inserimento e perdite di ritorno e buon isolamento tra le porte di uscita.

Ad oggi sono stati progettati vari tipi di WPD: La prima categoria è quella dei PD basati su risonatori ellittici e filtri passa-basso3,4, che sono molto efficaci nel sopprimere le armoniche fino alle armoniche di ordine superiore. Ma non sono in grado di eliminare le armoniche CC. La seconda categoria è costituita dai PD basati sul BPF a banda stretta5,6,7, dual-band8 e a banda larga9,10,11. I WPD disuguali (UWPD) sono un'altra categoria per la divisione disuguale del segnale12,13,14,15,16,17,18,19,20,21. In 12,13, il segnale è diviso in rapporto 1:2, ma occupa dimensioni molto grandi. In13, per la progettazione dell'UWPD viene adottata una struttura che utilizza il bandgap elettromagnetico come linea di trasmissione ad alta impedenza (TL). Il rapporto di divisione della potenza è 1:3 nella banda larga, ma i valori di perdita di ritorno non sono corretti nella banda di lavoro. L'UWPD con rapporto di divisione della potenza 1:414,15, che utilizza semplici linee a microstriscia con impedenze diverse, soffre di grandi dimensioni e dell'incapacità di sopprimere le armoniche indesiderate. Un UWPD 1:5 è progettato in16 sulla base delle linee a striscia parallela bifacciali sfalsate. In 17,18 vengono presentati rispettivamente un Gysel PD disuguale 1:6 e un UWPD 1:10. Uno dei principali svantaggi di 16,17,18 sono le grandi dimensioni. Poiché i progetti19,20,21 utilizzano linee a microstriscia con impedenze disuguali senza alcun risonatore, presentano dimensioni totali elevate. Nei PD citati non è possibile considerare alcun valore del rapporto di ripartizione della potenza. Per risolvere questo problema, i PD di Wilkinson e Gysel con un rapporto di divisione della potenza arbitrario sono presentati rispettivamente in 22,23,24,25,26. In questi tipi di PD, il rapporto di divisione della potenza può essere regolato arbitrariamente durante il processo di progettazione e prima della fabbricazione. Di conseguenza, il rapporto di ripartizione della potenza non può più essere modificato dopo i processi di progettazione e fabbricazione.