 |
طراحی Waveguide Diplexer برای شبکه موبایل 5G
معرفی
دیپلکسر وسیله ای است که سیگنال ها را به دو باند فرکانسی مختلف ترکیب یا تقسیم می کند که به طور گسترده در سیستم های ارتباطی سیار استفاده می شود. این مثال خواص تقسیم را با استفاده از هندسه 2 بعدی ساده شده شبیه سازی می کند. پارامترهای S محاسبه‌شده و میدان‌های الکتریکی در باندهای پایین و بالایی، ویژگی‌های diplexer را در باند Ka نشان می‌دهند.
شکل 1: طرح 2 بعدی دیپلکسر متشکل از ساختارهای موجبر 3 پورت.
تعریف مدل
این مثال بر اساس یک موجبر WR-28 برای کاربردهای باند Ka است. عرض موجبر 2 بعدی 0.28 اینچ است که طول ضلع بلندتر یک دیافراگم موجبر WR-28 است. مدل فقط حالت غالب TE 1 را در نظر می گیرد . فرکانس قطع حالت غالب 21.08 گیگاهرتز است. دو حفره به عنوان ساختارهای باند گذر بین ورودی و هر درگاه خروجی وجود دارد که با عنبیه ها به هم متصل می شوند. موجبرها، حفره‌ها و عنبیه‌ها به عنوان مس با رسانایی محدود با استفاده از شرایط مرزی امپدانس برای ارزیابی تلفات در محدوده فرکانس بالا مدل‌سازی می‌شوند و داخل موجبر با هوا پر می‌شود. در هر انتهای موجبر، یک شرط مرزی پورت با TE 1 مستطیلی از پیش تعریف شده اعمال می شود.حالت فقط یک پورت برای مشاهده پارامترهای S مثال هیجان زده است.
نتایج و بحث
پارامترهای S در شکل 2 رسم شده است . باند عبور پایین حدود 28 گیگاهرتز و باند عبور بالا حدود 30.4 گیگاهرتز است. تلفات درج در هر باند عبور حدود 0.1 دسی بل است که عمدتاً ناشی از رسانایی محدود دیواره های مسی است. در شکل 3 و شکل 4 ، هنجار میدان E برای هر باند عبور تجسم شده است، که نشان می دهد توان ورودی در هر باند عبور به دو پورت خروجی تقسیم نمی شود، بلکه به طور جداگانه بدون اتصال به پورت دیگر توزیع می شود.
شکل 2: نمودار پارامتر S نوار عبور پایین و بالای دیپلکسر را نشان می دهد.
ویژگی های جداسازی بین دو پورت خروجی در این مثال بررسی نشده است، اما کاربران تشویق می شوند که فقط با پورت 2 یا 3 هیجان انگیز امتحان کنند.
شکل 3: نمودار هنجار میدان E برای فرکانس 28 گیگاهرتز. برق ورودی فقط به پورت 2 جریان می یابد.
شکل 4: نمودار هنجار میدان E برای فرکانس 30.4 گیگاهرتز. برق ورودی فقط به پورت 3 جریان می یابد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Filters/waveguide_diplexer
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  2D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، محدوده (26[GHz],0.1[GHz],33[GHz]) را تایپ کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل waveguide_diplexer.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
تعاریف
دیوارهای موجبر
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Waveguide walls را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 2-54، 57-78 را در فیلد متن Selection تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
مس (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Waveguide walls را انتخاب کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
پورت 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات پورت ، قسمت ویژگی های پورت را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت ، Rectangular را انتخاب کنید . |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
پورت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 56 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات پورت ، قسمت ویژگی های پورت را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت ، Rectangular را انتخاب کنید . |
5 | فقط Boundary 55 را انتخاب کنید. |
پورت 3
1 | روی Port 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات پورت ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط Boundary 56 را انتخاب کنید. |
با امواج TE، فقط مولفه z میدان الکتریکی باید حل شود.
5 | در پنجره Model Builder ، روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس ، قسمت Components را پیدا کنید . |
7 | از اجزای میدان الکتریکی حل شده برای لیست، بردار خارج از صفحه را انتخاب کنید . |
شرایط مرزی امپدانس 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Impedance Boundary Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای وضعیت مرزی امپدانس ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Waveguide walls را انتخاب کنید . |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، Fine را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی  Build Mesh کلیک کنید . |
نیازی به بررسی مش نیست، اما قبل از اجرای شبیه سازی، نگاهی به آن یک تمرین خوب است.
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
کانتور 1
1 | روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Contour را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع Contour ، پر شده را انتخاب کنید . |
بیان قد 1
1 | روی Contour 1 کلیک راست کرده و Height Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بیان ارتفاع ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.005 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هنجار میدان E در آخرین فرکانس، که خارج از باند عبور است، مشاهده می شود. نمودار نشان می دهد که موج ورودی به هیچ یک از درگاه های خروجی منتشر نمی شود.
پارامتر S (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی S-parameter (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
نمودار بازتولید شده را با شکل 2 مقایسه کنید . فرکانس های باند عبور پایین و بالا به ترتیب حدود 28 گیگاهرتز و 30.4 گیگاهرتز هستند.
طرح اسمیت (emw)
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 28 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار هنجار میدان E در باند عبور پایین در شکل 3 نشان داده شده است .
5 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 30.4 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
تجزیه و تحلیل نتیجه را با بازتولید شکل 4 ، که نمودار هنجار میدان E در باند عبور بالایی است، به پایان برسانید.
