Upload
others
View
17
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TC
KARADENĠZ TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ
MUumlHENDĠSLĠK FAKUumlLTESĠ
ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MUumlHENDĠSLĠĞĠ BOumlLUumlMUuml
MĠKROġERĠT HATLARIN TASARIMI VE YUumlKSEK FREKANSALARDA
MĠKROġERĠT HATLARDAKĠ SUumlREKSĠZLĠKLER
BĠTĠRME CcedilALIġMASI
FATĠH CcedilĠLESĠZ
137131
TEZ DANIġMANI
OumlğrGoumlr YASĠN OĞUZ
TC
KARADENĠZ TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ
MUumlHENDĠSLĠK FAKUumlLTESĠ
ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MUumlHENDĠSLĠĞĠ BOumlLUumlMUuml
MĠKROġERĠT HATLARIN TASARIMI VE YUumlKSEK FREKANSALARDA
MĠKROġERĠT HATLARDAKĠ SUumlREKSĠZLĠKLER
BĠTĠRME CcedilALIġMASI
FATĠH CcedilĠLESĠZ
137131
TEZ DANIġMANI
OumlğrGoumlr YASĠN OĞUZ
ii
OumlNSOumlZ
Oumlncelikle eğitim ve oumlğretim hayatım boyunca bana maddi ve manevi desteklerini hiccedilbir
zaman eksik etmeyen sevgili aileme sonsuz Ģuumlkranlarımı sunuyorum Bu tezin
yuumlruumltuumllmesinde bilimsel desteğini aldığım ve tezin danıĢmanlığını yuumlruumlten Sayın OumlğrgoumlrDr
Yasin OĞUZ hocama teĢekkuumlr ederim Uumlniversite hayatım boyunca yaptığım kiĢisel
ccedilalıĢmalarda benimle beraber olan Aziz ANCINlsquo a ve bizden desteğini eksik etmeyen hocam
YrdDoccedilDr Haydar KAYArsquo ya bilimsel katkılarından dolayı teĢekkuumlr ederim
iii
ĠCcedilĠNDEKĠLER
OumlNSOumlZhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
ĠCcedilĠNDEKĠLER III
OumlZET V
SEMBOLLER VI
KISALTMALAR VII
1 GĠRĠġ 2
2 ĠLETĠM HATLARI 3
21 Ġletim Hattı EĢdeğeri Ve Ġletim Hattı Denklemleri 4
22 Duumlzlemsel Ġletim Hatları 9
221 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Avantajları 10
222 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Genel Yapısı 10
23 MikroĢerit Ġletim Hatları 12
231 Bir MikroĢerit Hatta Dalga Uzunluğu 12
232 MikroĢerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama 12
333 MikroĢerit Ġletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme 13
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı 18
235 MikroĢerit Hattın Yapı ndash Empedans ĠliĢkisi 20
3 MĠKROġERĠT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSĠZLĠK KAVRAMI 22
31 Ġletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavramı Ve Bağıntıları 22
311 Ġletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler 22
312 Suumlreksizlikler Ve Elektromanyetik Alan EtkileĢimi 24
313 Suumlreksizlikler Ġccedilin Devre Modelleri Ve EĢdeğer Devrenin Elde Edilmesi 25
32 MikroĢerit Hattın GerccedilekleĢtirilmesi AĢamaSında YaĢanan Problemler 26
iv
321 Via Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 26
322 Bend (buumlkuumlm viraj) Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 27
323 Step ( Basamak ) MikroĢerit Hatların Suumlreksizlik Analizi 29
324MikroĢerit Hatların T-junction ( T kavĢağı ) Suumlreksizlik analizi 31
325 MikroĢerit Hatlardaki Gap ( boĢluk ) Suumlreksizlik Analizi 34
33 Suumlreksizlikteki IĢıma Kayıpları 36
34 Suumlreksizliklerin MikroĢerit Hatta Etkisi ve Azaltılması 36
35 Suumlreksizlik Etkisinin Azaltılması Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
351 Viraj Suumlreksizliği Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
352 T- kavĢak Ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 38
36 Konnektoumlr Bağlantılısındaki Suumlreksizlikler 39
4MikroĢerit Hat ile TasarlanmıĢ 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması 42
41Uumlruumln oumlzellikleri 42
42 MikroĢerit Hattın Yapısı ve Devreyi OluĢturan Elemanların Sistem DavranıĢları 43
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı 43
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları 47
461 Omni Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 47
46 2 Double quad Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 48
5 SONUCcedilLAR 50
6 KAYNAKLAR 51
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
TC
KARADENĠZ TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ
MUumlHENDĠSLĠK FAKUumlLTESĠ
ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MUumlHENDĠSLĠĞĠ BOumlLUumlMUuml
MĠKROġERĠT HATLARIN TASARIMI VE YUumlKSEK FREKANSALARDA
MĠKROġERĠT HATLARDAKĠ SUumlREKSĠZLĠKLER
BĠTĠRME CcedilALIġMASI
FATĠH CcedilĠLESĠZ
137131
TEZ DANIġMANI
OumlğrGoumlr YASĠN OĞUZ
ii
OumlNSOumlZ
Oumlncelikle eğitim ve oumlğretim hayatım boyunca bana maddi ve manevi desteklerini hiccedilbir
zaman eksik etmeyen sevgili aileme sonsuz Ģuumlkranlarımı sunuyorum Bu tezin
yuumlruumltuumllmesinde bilimsel desteğini aldığım ve tezin danıĢmanlığını yuumlruumlten Sayın OumlğrgoumlrDr
Yasin OĞUZ hocama teĢekkuumlr ederim Uumlniversite hayatım boyunca yaptığım kiĢisel
ccedilalıĢmalarda benimle beraber olan Aziz ANCINlsquo a ve bizden desteğini eksik etmeyen hocam
YrdDoccedilDr Haydar KAYArsquo ya bilimsel katkılarından dolayı teĢekkuumlr ederim
iii
ĠCcedilĠNDEKĠLER
OumlNSOumlZhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
ĠCcedilĠNDEKĠLER III
OumlZET V
SEMBOLLER VI
KISALTMALAR VII
1 GĠRĠġ 2
2 ĠLETĠM HATLARI 3
21 Ġletim Hattı EĢdeğeri Ve Ġletim Hattı Denklemleri 4
22 Duumlzlemsel Ġletim Hatları 9
221 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Avantajları 10
222 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Genel Yapısı 10
23 MikroĢerit Ġletim Hatları 12
231 Bir MikroĢerit Hatta Dalga Uzunluğu 12
232 MikroĢerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama 12
333 MikroĢerit Ġletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme 13
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı 18
235 MikroĢerit Hattın Yapı ndash Empedans ĠliĢkisi 20
3 MĠKROġERĠT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSĠZLĠK KAVRAMI 22
31 Ġletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavramı Ve Bağıntıları 22
311 Ġletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler 22
312 Suumlreksizlikler Ve Elektromanyetik Alan EtkileĢimi 24
313 Suumlreksizlikler Ġccedilin Devre Modelleri Ve EĢdeğer Devrenin Elde Edilmesi 25
32 MikroĢerit Hattın GerccedilekleĢtirilmesi AĢamaSında YaĢanan Problemler 26
iv
321 Via Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 26
322 Bend (buumlkuumlm viraj) Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 27
323 Step ( Basamak ) MikroĢerit Hatların Suumlreksizlik Analizi 29
324MikroĢerit Hatların T-junction ( T kavĢağı ) Suumlreksizlik analizi 31
325 MikroĢerit Hatlardaki Gap ( boĢluk ) Suumlreksizlik Analizi 34
33 Suumlreksizlikteki IĢıma Kayıpları 36
34 Suumlreksizliklerin MikroĢerit Hatta Etkisi ve Azaltılması 36
35 Suumlreksizlik Etkisinin Azaltılması Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
351 Viraj Suumlreksizliği Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
352 T- kavĢak Ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 38
36 Konnektoumlr Bağlantılısındaki Suumlreksizlikler 39
4MikroĢerit Hat ile TasarlanmıĢ 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması 42
41Uumlruumln oumlzellikleri 42
42 MikroĢerit Hattın Yapısı ve Devreyi OluĢturan Elemanların Sistem DavranıĢları 43
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı 43
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları 47
461 Omni Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 47
46 2 Double quad Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 48
5 SONUCcedilLAR 50
6 KAYNAKLAR 51
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
ii
OumlNSOumlZ
Oumlncelikle eğitim ve oumlğretim hayatım boyunca bana maddi ve manevi desteklerini hiccedilbir
zaman eksik etmeyen sevgili aileme sonsuz Ģuumlkranlarımı sunuyorum Bu tezin
yuumlruumltuumllmesinde bilimsel desteğini aldığım ve tezin danıĢmanlığını yuumlruumlten Sayın OumlğrgoumlrDr
Yasin OĞUZ hocama teĢekkuumlr ederim Uumlniversite hayatım boyunca yaptığım kiĢisel
ccedilalıĢmalarda benimle beraber olan Aziz ANCINlsquo a ve bizden desteğini eksik etmeyen hocam
YrdDoccedilDr Haydar KAYArsquo ya bilimsel katkılarından dolayı teĢekkuumlr ederim
iii
ĠCcedilĠNDEKĠLER
OumlNSOumlZhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
ĠCcedilĠNDEKĠLER III
OumlZET V
SEMBOLLER VI
KISALTMALAR VII
1 GĠRĠġ 2
2 ĠLETĠM HATLARI 3
21 Ġletim Hattı EĢdeğeri Ve Ġletim Hattı Denklemleri 4
22 Duumlzlemsel Ġletim Hatları 9
221 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Avantajları 10
222 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Genel Yapısı 10
23 MikroĢerit Ġletim Hatları 12
231 Bir MikroĢerit Hatta Dalga Uzunluğu 12
232 MikroĢerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama 12
333 MikroĢerit Ġletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme 13
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı 18
235 MikroĢerit Hattın Yapı ndash Empedans ĠliĢkisi 20
3 MĠKROġERĠT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSĠZLĠK KAVRAMI 22
31 Ġletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavramı Ve Bağıntıları 22
311 Ġletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler 22
312 Suumlreksizlikler Ve Elektromanyetik Alan EtkileĢimi 24
313 Suumlreksizlikler Ġccedilin Devre Modelleri Ve EĢdeğer Devrenin Elde Edilmesi 25
32 MikroĢerit Hattın GerccedilekleĢtirilmesi AĢamaSında YaĢanan Problemler 26
iv
321 Via Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 26
322 Bend (buumlkuumlm viraj) Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 27
323 Step ( Basamak ) MikroĢerit Hatların Suumlreksizlik Analizi 29
324MikroĢerit Hatların T-junction ( T kavĢağı ) Suumlreksizlik analizi 31
325 MikroĢerit Hatlardaki Gap ( boĢluk ) Suumlreksizlik Analizi 34
33 Suumlreksizlikteki IĢıma Kayıpları 36
34 Suumlreksizliklerin MikroĢerit Hatta Etkisi ve Azaltılması 36
35 Suumlreksizlik Etkisinin Azaltılması Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
351 Viraj Suumlreksizliği Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
352 T- kavĢak Ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 38
36 Konnektoumlr Bağlantılısındaki Suumlreksizlikler 39
4MikroĢerit Hat ile TasarlanmıĢ 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması 42
41Uumlruumln oumlzellikleri 42
42 MikroĢerit Hattın Yapısı ve Devreyi OluĢturan Elemanların Sistem DavranıĢları 43
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı 43
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları 47
461 Omni Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 47
46 2 Double quad Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 48
5 SONUCcedilLAR 50
6 KAYNAKLAR 51
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
iii
ĠCcedilĠNDEKĠLER
OumlNSOumlZhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
ĠCcedilĠNDEKĠLER III
OumlZET V
SEMBOLLER VI
KISALTMALAR VII
1 GĠRĠġ 2
2 ĠLETĠM HATLARI 3
21 Ġletim Hattı EĢdeğeri Ve Ġletim Hattı Denklemleri 4
22 Duumlzlemsel Ġletim Hatları 9
221 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Avantajları 10
222 Duumlzlemsel Ġletim Hatlarının Genel Yapısı 10
23 MikroĢerit Ġletim Hatları 12
231 Bir MikroĢerit Hatta Dalga Uzunluğu 12
232 MikroĢerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama 12
333 MikroĢerit Ġletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme 13
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı 18
235 MikroĢerit Hattın Yapı ndash Empedans ĠliĢkisi 20
3 MĠKROġERĠT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSĠZLĠK KAVRAMI 22
31 Ġletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavramı Ve Bağıntıları 22
311 Ġletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler 22
312 Suumlreksizlikler Ve Elektromanyetik Alan EtkileĢimi 24
313 Suumlreksizlikler Ġccedilin Devre Modelleri Ve EĢdeğer Devrenin Elde Edilmesi 25
32 MikroĢerit Hattın GerccedilekleĢtirilmesi AĢamaSında YaĢanan Problemler 26
iv
321 Via Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 26
322 Bend (buumlkuumlm viraj) Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 27
323 Step ( Basamak ) MikroĢerit Hatların Suumlreksizlik Analizi 29
324MikroĢerit Hatların T-junction ( T kavĢağı ) Suumlreksizlik analizi 31
325 MikroĢerit Hatlardaki Gap ( boĢluk ) Suumlreksizlik Analizi 34
33 Suumlreksizlikteki IĢıma Kayıpları 36
34 Suumlreksizliklerin MikroĢerit Hatta Etkisi ve Azaltılması 36
35 Suumlreksizlik Etkisinin Azaltılması Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
351 Viraj Suumlreksizliği Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
352 T- kavĢak Ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 38
36 Konnektoumlr Bağlantılısındaki Suumlreksizlikler 39
4MikroĢerit Hat ile TasarlanmıĢ 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması 42
41Uumlruumln oumlzellikleri 42
42 MikroĢerit Hattın Yapısı ve Devreyi OluĢturan Elemanların Sistem DavranıĢları 43
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı 43
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları 47
461 Omni Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 47
46 2 Double quad Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 48
5 SONUCcedilLAR 50
6 KAYNAKLAR 51
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
iv
321 Via Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 26
322 Bend (buumlkuumlm viraj) Ġccedilin Suumlreksizlik Analizi 27
323 Step ( Basamak ) MikroĢerit Hatların Suumlreksizlik Analizi 29
324MikroĢerit Hatların T-junction ( T kavĢağı ) Suumlreksizlik analizi 31
325 MikroĢerit Hatlardaki Gap ( boĢluk ) Suumlreksizlik Analizi 34
33 Suumlreksizlikteki IĢıma Kayıpları 36
34 Suumlreksizliklerin MikroĢerit Hatta Etkisi ve Azaltılması 36
35 Suumlreksizlik Etkisinin Azaltılması Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
351 Viraj Suumlreksizliği Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
352 T- kavĢak Ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 37
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak Ġccedilin Yapılan DeğiĢiklikler 38
36 Konnektoumlr Bağlantılısındaki Suumlreksizlikler 39
4MikroĢerit Hat ile TasarlanmıĢ 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması 42
41Uumlruumln oumlzellikleri 42
42 MikroĢerit Hattın Yapısı ve Devreyi OluĢturan Elemanların Sistem DavranıĢları 43
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı 43
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları 47
461 Omni Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 47
46 2 Double quad Anten Ġle Accedilık Alan Test Sonuccedilları 48
5 SONUCcedilLAR 50
6 KAYNAKLAR 51
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
v
OumlZET
Bu ccedilalıĢmada mikroĢerit iletim hat suumlreksizliklerinin eĢdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroĢerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıĢtır
Ġlk olarak mikroĢerit iletim hatlarının temel yapısı yapı malzemesi ve oluĢum mantığı
incelenmiĢtir ve daha sonra en ccedilok karĢılaĢılan beĢ suumlreksizlik tuumlruuml uumlzerinde durulmuĢtur
Ġncelenen mikroĢerit iletim hat suumlreksizlikleri accedilık devre boĢluk basamak T-jonksiyonu ve
buumlkuumlm suumlreksizlikleridir CcedilalıĢmada suumlreksizlikler eĢdeğer devre elemanları ile
modellenmiĢ analitik formuumlller ile elde edilmiĢ eĢdeğer devre parametre değerleri ile bu
suumlreksizliklerin azaltılması youmlnuumlnde teorik ccedilalıĢmalara yer verilmiĢtir
CcedilalıĢmadaki amaccedil yuumlksek frekanslarda karĢılaĢılan suumlreksizlik etkilerini azaltmak bu
suumlreksizlikler iccedilin devre modelleri uumlretmektir CcedilalıĢma esnasında ampirik formuumlllerden ccedilokccedila
yararlanılmıĢtır
CcedilalıĢma sonunda deneysel olarak bilgisayar ortamında mikroĢeritbalun tasarlanıp FDTD
analizi ve Oumllccediluumlmleri yapılmıĢtır
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
vi
SEMBOLLER
119862119886 MikroĢerit kapasitansı
119862119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119891 Accedilık devre suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119892 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119901 BoĢluk suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862 119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
119862119879 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer kapasite elemanı
120576119890119891119891 Efektif dielektrik sabiti
120576119903 Taban maddesi boyunca dielektrik sabiti
H Taban madde kalınlığı
119867119890 Efektif taban madde kalınlığı
119897119890119900 Ġlave hat parccedila uzunluğu
119871119878 Basamak suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198711 T-Jonksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
1198712 T-Jnksiyonu suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
119871119887119890119899119889 Buumlkuumlm suumlreksizliği eĢdeğer enduumlktans elemanı
T ġerit kalınlığı
W MikroĢerit hatta Ģerit geniĢliği
ZcHattın karakteristik empedansı
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
vii
KISALTMA LĠSTESĠ
CAD Bilgisayar Destekli Modelleme
EM Elektromagnetik
GHz Gigahertz
MIC Mikrodalga TuumlmleĢik Devre
TEM Enine Elektrik ve manyetik alan
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
2
1 GİRİŞ
Koaksiyel hatlar veya diğer iletim hatlarının tuumlmuumlnde suumlreksizlik goumlzlenmektedir Duumlz ve
kesintisiz uzunluktaki bir mikroşerit hat iccedilin gerccedilek anlamda suumlrekli olduğu ve suumlreksizlik
etkilerinin goumlruumllmeyeceği soumlylenebilir Ancak laboratuar ortamında alınan bu duumlz iletim hat
parccedilaları muumlhendislik ccedilalışmaları iccedilin ccedilok uygun değildir Birccedilok kez bağlantı elemanlarına
ve jonksiyonlara (buumlkuumlm noktaları) ihtiyaccedil duyulmaktadır İletim hatlarındaki bir buumlkuumlm
genişlikteki değişim veya accedilık devre ile sonlandırma suumlreksizliğe neden olmaktadır
Yuumlksek frekanslarda suumlreksizlikler ccedilok kuumlccediluumlk kapasite ve enduumlktansların ortaya ccedilıkmasına
neden olmaktadır [2] (lt01pF ve lt01 nH) Bu kapasite ve enduumlktansların reaktansları yuumlksek
mikrodalga frekanslarında (10-20 Ghz) oumlnem kazanmaktadır Kuvvetlendirici performansları
suumlreksizlik etkisi ile değişmektedir (Bahl) Birkaccedil GHz in altındaki kuumlccediluumlk frekanslarda
suumlreksizlik etkisi ihmal edilebilmektedir Fakat 10 GHz ve uumlzerindeki frekanslarda
suumlreksizlik buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Devre gereksinimlerinden dolayı ortaya ccedilıkan
başlıca suumlreksizlik tuumlrleri accedilık devre boşluk toprağa doğru kısa devre buumlkuumlm basamak T-
jonksiyonu ccedilapraz jonksiyonlar ve enine boşluklar olarak sayılabilir [2]
Filtreler karıştırıcılar ve osilatoumlr devrelerinde de birccedilok tuumlr suumlreksizliğe raslanmaktadır
Suumlreksizlik etkisine karşılık gelen kapasite ve enduumlktans elemanlarının tespit edilmesi devre
dizaynındaki ccedilalışma konularından bir tanesidir Kapasite elemanının tespit edilmesinde
kullanılan tekniklerden bazıları matris doumlnuumlşuumlm metodu varyasyon metodu spektral
domendeGalerkin metodu ve yuumlk değişimi ile hat kaynaklarının kullanımıdır
Genel olarak literatuumlrde duumlzlemsel iletim hatlarının suumlreksizlerinde iki yaklaşım
kullanılmaktadır (i) Elektromagnetik (EM) alan analiz temelli yaklaşım (ii) Eşdeğer devre
(ED) [2] temelli yaklaşım (ii)‟ deki devre parametreleri ya EM analiz sonuccedillarından ya da
deneysel sonuccedillar kullanılarak tayin edilmektedir Gerccedilekte de bir kısım araştırmacılar her bir
iletim hat tipi iccedilin analitik ccediloumlzuumlmlere dayandırılan ve ccedileşitli nuumlmerik sabitlerinin ampirik
ayarlanması ile arzu edilen doğruluğu veren formuumlller geliştirmişlerdir (Edwards) [2]
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
3
2 İLETİM HATLARI
Mikrodalga enerjisinin bir yerden başka bir yere iletimi tipik bir muumlhendislik problemidir
Bu iletimi gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletim hattı kaynak ile yuumlk arasında doğrudan
bağlantı sağlayan bir devre elemanıdır Boyutları ve elektriksel oumlzellikleri yayılma
(propagasyon) youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde değişmeyen iletim hatları uumlniform hat olarak
adlandırılır Eğer iletim hatlarının uccedilları kendi karakteristik empedansı ile sonlandırılırsa
maksimum enerji transferi sağlanır ve boumlyle bir iletim hattı uyumlu hat olarak adlandırılır
Alccedilak frekans devrelerindeki buumltuumln empedans elemanları toplu devre elemanlarıdır Ancak
yuumlksek frekanslarda kullanılan iletim yapıları iccedilin aynı tanım kullanılamaz Mikrodalga
frekanslarında kuumlccediluumlk iletken parccedilaları induumlktans ve iletken parccedilaları arasındaki ortam
kapasitans oumlzelliği goumlsterir [3] Bu elemanlar iletkenler boyunca dağılmış durumdadırlar ve
iletkenlerin her noktasında etkindirler Mikrodalgaların dalga boyları iletim hattının fiziksel
boyuna oranla daha kısa olduğundan dağılmış parametreler toplu parametre eşdeğeri ile
doğru olarak goumlsterilemezler Bu yuumlzden mikrodalga iletim hatları sadece dağılmış devre
teorisi yardımıyla voltaj akım ve empedans cinsinden analiz edilebilir İletim hatları ccedileşitli
şekillerde gerccedilekleştirilebilir
Guumlnuumlmuumlzdeki en genel oumlrnekleri şekil21‟de goumlsterilen paralel telli hat koaksiyel kablo
veya mikroşerit‟dir Kolaylık accedilısından devre bağlantılarını goumlstermek iccedilin pek ccedilok devre
diyagramında paralel telli iletim hattı kullanılır (Şekil22) Ancak iletim hatlarının buumltuumln
tiplerine aynı teori uygulanır[4]
Şekil (21) Genel iletim hattı yapısı
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
4
Şekil (22)Temel iletim hattı modelleri
21İletim Hattı Eşdeğeri Ve iletim Hattı Denklemleri
Alccedilak frekans devreleri ile ccedilalışırken ccedileşitli devre elemanlarını bağlamak iccedilin kullanılan
buumltuumln hatlar uumlzerinde gerilim duumlşuumlmuuml ve hat ile birleşik empedansı olmayan (toplu
empedans devreleri) muumlkemmel iletkenden yapılmış teller olarak duumlşuumlnuumllebilir [3] Tellerin
uzunluğu işaretin dalga boyundan ccedilok daha kuumlccediluumlk olduğu suumlrece bu durum geccedilerlidir Bu
durumda her hangi bir anda aynı tel uumlzerindeki her noktada akım ve gerilim aynıdır
şekil(211)
Şekil (211) Alccedilak frekanslarda iletim hattı uumlzerindeki gerilim değerleri
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
5
119881119871 = 119881119866
119885119871
119885119871 + 119885119866
Şimdi bazı oumlrnekleri ele alalım Bilindiği gibi evlere sağlanan elektrik uumllkeye bağlı olarak
50 veya 60 Hz frekanslı yuumlksek guumlccedilluuml sinuumlzoidal işaretlerden oluşur Teller arasındaki
izolatoumlruumln hava (εasymp1205760) olduğu kabul edilirse 50 Hz iccedilin dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50= 6000119896119898bulunur
Bu uzunluk yaklaşık olarak Niğde-İstanbul arasındaki mesafenin 6 katı kadardır Şimdi
bunu mikrodalga boumllgesindeki bir frekans ile oumlrneğin 50 GHz ile karşılaştıracak olursak
dalga boyu
120582 =119862
119891=
3108
50109 = 6119898119898bulunur İki uzunluk karşılaştırıldığında daha anlamlı olacaktır
şekil(212) dağılmış empedans devreleri
Yeteri kadar yuumlksek frekanslarda dalga boyunun uzunluğu ile iletim hattının
iletkenlerinin uzunluğu aynı mertebelerdedir Akım ve gerilim iletim hattının her noktasında
aynı değere sahip olamayacağından (şekil 212) hat boyunca akım ve gerilim bir dalga
olarak yayılırlar Bundan dolayı iletkenlerin empedans oumlzellikleri ihmal edilemez
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
6
Bilindiği gibi bir kaynağın eşdeğer devresi ideal bir AC gerilim kaynağının gerccedilek iccedil
empedansıyla seri bağlanmasından ibarettir (şekil213) Kaynak accedilık devre iken
Şekil (213)
( infin rarr L Z )
119868119894119899 = 0119881119894119899 = 119881119866 (21a)
119868119894119899 =119881119866
119885119866olur (21b)
119885119871yuumlkuuml kısa devre edilirse ( 119885119871 = 0 )
119868119894119899 =119881119866
119885119866ve119881119894119899 = 0 (21c)
Bir uniform iletim hattıyla yuumlke bağlanan bir gerilim kaynağından oluşan sistem
ccedilalışabileceğimiz en basit problemdir Bu durumda aradaki iletim hattı nedeniyle kaynaktan
goumlruumlnen empedans (ccedilok oumlzel durumlar dışında) yuumlk empedansı ile aynı değildir Sadece
119871 = 119899120582
2 (n= tam sayı iken) 119885119894119899 = 119885119871 olur
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
7
Şekil (214) Bir iletim hattının giriş empedansı
Şekil(215) iletim hattının giriş empedansı
Amaccedil 119885119871 yuumlk empedansı ile sonlandırılmış bir iletim hattının kaynaktan goumlruumlnen
eşdeğer empedansını bulmaktır Bunun iccedilin devre teorisi youmlntemleri kullanılabilir Bir
uniform iletim hattı boyutları ve elektriksel oumlzellikleri iletim youmlnuumlne dik duumlzlem iccedilinde
değişmeyen başka bir deyişle sonsuz kuumlccediluumlk uzunluktaki oumlzdeş birim uzunluktaki huumlcrelerin
kaskat bağlanmış hali olarak tanımlanabilen bir dağılmış devredir Bir iletim hattını
gerccedilekleştirmek iccedilin kullanılan iletkenler belirli bir seri dirence ve induumlktansa sahiptir
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
8
İlave olarak iletkenler arasında bir paralel kapasitans ve hatta iletkenler arasındaki dielektrik
ortam muumlkemmel değilse bir paralel konduumlktans mevcuttur Boumlylece bir iletim hattını
dağılmış devre elemanları eşdeğeri ile ( şekil216)‟deki gibi goumlstermek muumlmkuumlnduumlr (genel
kayıplı hat modeli) Burada R L C ve G empedans parametreleri
Şekil216 Kayıplı iletim hattının dağılmış parametreli eşdeğeri
R İletim hattının birim uzunluğundaki direnccedil (Ωm)
L İletim hattının birim uzunluğundaki induumlktansı (Hm)
C İletim hattının birim uzunluğundaki kapasitansı (Fm)
G İletim hattının birim uzunluğundaki konduumlktansı (Sm)
olarak belirtmektedir
Her bir birim uzunluktaki huumlcrenin sonsuz kuumlccediluumlk uzunluğu dz olmak uumlzere dağılmış
devrenin her bir huumlcresi değeri Rdz Ldz Cdz ve Gdz olan empedans elemanlarına sahip
olacaktır (şekil 216) Eğer akım ve gerilim vasıtasıyla dağılmış devrenin bir elemanter
huumlcresinin diferansiyel davranışını belirleyebilirsek iletim hattının tamamını tanımlayan
genel bir diferansiyel denklem bulabiliriz Uzunluğu boyunca hat uniform olduğundan bunu
yapmak muumlmkuumlnduumlr Boumlylece yapmamız gereken buumltuumln iş dağılmış devrenin bir tek birim
uzunluktaki elemanterhuumlcresinde gerilim ve akımın nasıl değiştiğini bilmektir
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
9
22 Duumlzlemsel İletim Hatları
Duumlzlemsel iletim hattı iletken metal şeridin buumltuumlnuumlyle paralel duumlzlem iccedilinde kaldığı iletim
hattıdır En ccedilok kullanılan yapısı bir veya daha fazla paralel metal şeridin iletken yer
duumlzlemine bağlı taban maddesi uumlzerine yerleştirilmesi ile elde edilir Duumlzlemsel iletim
hatlarının en ccedilok kullanılan tuumlruuml Şekil 221 (a)‟da goumlsterilen mikroşerit hattır Mikroşerit hat
yer duumlzlemine bağlı H kalınlığındaki taban maddesi uumlzerine W genişliğinde bir iletken şerit
yerleştirilmesi ile oluşturulur İmaj teorisi kullanılarak bu iletim hattının 2H kalınlığında
taban uumlzerine birbirine zıt olarak yerleştirilmiş iki paralel iletken şerit iccedileren iletim hattı
(Şekil 221 (b)) ile eşdeğer olduğu belirlenebilir
Şekil(221)
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır ve bununda iyi bir nedeni vardır
Mikro şerit hatlar tercih sebebi olarak yeterince geniş bir banda sahiptirler Bunlar az yer
kaplayan ve ağırlıkccedila hafif devreleri oluşturulmasını sağlarlar Mikro şerit hatlar entegre
gelişmiş devre fabrikasyonu olduğundan bu zamana ekonomik uumlruumlnler haline gelmiştir ve
bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
10
221 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Avantajları
Geniş bir bant genişliğine sahiptir
Az yer kaplayan ağırlıkccedila hafif devreler kullanılır
Entegre devre teknolojisine paralel olarak ucuzlamıştır
Karşılıklı bağlantı ve ayarlamalar kolaydır
222 Duumlzlemsel İletim Hatlarının Genel Yapısı
w iletken metal şerit genişliği
h manyetik olmayan yalıtkan malzeme yuumlksekliği
En alt tabaka iletken metal toprak yuumlzeyi
h2 ikinci bir dielektrik malzeme veya hava
En uumlst tabaka koruyucu tabaka
Şekil(2211) Duumlzlemsel iletim hattı temel yapısı
Genellikle şekil (2222)‟ de goumlsterildiği gibi farklı iletim hatları mikrodalga ICs
(MICs) iccedilin kullanılır Her bir ccedileşit diğer ccedileşide goumlre avantajlıdır Şekil (2222)‟ de dikkat
edilirse burada taralı alanlar yapı malzemesini belirtir ve kalın ccedilizgiler iletkenleri goumlsterir
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak duumlzleminin bir tarafı
uumlzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir Ondan sonra o
accedilık yapıdır mikroşerit hat şerit hattan daha uumlstuumln bir fabrikasyon avantajına sahiptir Bir
de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay oumlzelliklerine sahiptir
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
11
Şekil(2222) Farklı iletim hatlarının yapısı
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
12
23 Mikroşerit İletim Hatları
231 Bir mikroşerit Hatta Dalga Uzunluğu
Λ=λ(Ɛ119890119891119891 )05 (2311)
Burada
Ɛ119890119891119891 efektif dielektrik sabitidir Bu sabit mikroşerit hattın fiziksel boyutlarına ve
yapı malzemesinin dielektrik sabitine bağlıdır
λ= Boşluktaki dalga uzunluğu Bir mikroşerit hatta elektromanyetik alanlar (EM)
malzeme iccedilinde ve dielektrik malzeme uumlstuumlndeki havada kısmen mevcuttur Hattın
efektif dielektrik sabiti accedilık hava dielektrik sabitinden daha buumlyuumlk olması gerekir
232 Mikroşerit Hatlarda Koruma ve Ambalajlama
Mikroşerit hatta koruma aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır
1- Yuumlksek guumlccedil uygulamalarında mekanik direnccedil sağlamak iccedilin
2- Rutubetnemtoz ve diğer ccedilevresel etkilerden koruma iccedilin
Koruma iccedilin dayanıklı iletkenlehimconta malzemeleri ve mantetik metal bant kullanılır
Koruma ve ambalajlamanın ana amaccedilları yuumlksek guumlccedil uygulamaları durumunda
mekanik direnccedil EM koruyucu kılıf ve ısıl batma sağlamaktadır [2] Ambalajlama rutubet
nem toz ve diğer ccedilevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır Devre koruma amacı
ile muumlhuumlrlemenin kesin methodları kullanılabilir bunlar dayanıklı iletken bir plastik
lehim conta malzemeleri ve manyetik metal bandır Bire korumaya binmiş bir MIC dahili
boyutlarla birlikte bir dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr (şekil 2321) deki gibi goumlruumlnebilir
Ebatlar a genişlik l uzunluk ve H kutunun yuumlksekliğidir
Bu boyutlar bir yolla seccedililebilir bu yol iccedilin dalga youmlnlendiricisi modlarıcutoff‟ un
altındadır Bu resanatoumlr iccedilinde parazit modlar goumlruumlnuumlr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
13
Şekil (2321)Dielektrik yuumlkluuml oyuk resanatoumlr
a = 24 mm l = 30 mm‟ lik kılıf boyutları ve 98‟ lik bir dielektriksabitindeki dielektrik
yapı iccedilin H‟ ye goumlre oluşan λ‟ nın değişimini goumlsterir
233 Mikroşerit İletim Hatlarında Kullanılan Taban Malzeme
Mikroşerit iletim hatlarında kullanılan taban maddesi duumlşuumlk kayıplı olmalıdır Dielektrik
sabitinin buumlyuumlk bir değere sahip olması daha kısa yayılım dalga boyuna sebep olur Taban
maddesinin mekanik kuvveti ve ısıl iletimi iyi olmalıdır
Aktif elemanlar duumlzlemsel iletim hattı devresine monte edildiğinde aktif elemanın
oluşturduğu ısının bir kısmı taban maddesi uumlzerinden toprağa iletilir Mikrodalga
devrelerinde metal ısı azalmasını kullanmak bu buumlyuumlk metal yapıların elektromagnetik
alanlarının istenmeyen bir biccedilimde etkilenmesi sebebi ile zordur Sonuccedil olarak guumlccedil
yuumlkselteci devrelerinde iyi ısıl iletkenliğine sahip madde gereklidir Duumlşuumlk frekans
devrelerinde kullanılan taban maddeleri mikrodalga iletim hatlarında kullanmak iccedilin ccedilok
kayıplıdır Dielektrik sabiti ve taban maddesi kalınlığı madde uumlretiminde oldukccedila dikkat
edilmesi gereken hususlardır Aksi takdirde uumlretilen iletim hatları hat sabitinin ve
karakteristik empedansın bu parametrelere bağlı olmasından dolayı istenilen sonucu
vermeyecektir [2]
Uygun kalınlık ve dielektrik sabiti filtre tasarımında ve boyutları oumlneme sahip empedans
uydurma elemanlarında kısmen oumlnemlidir
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
14
Tasarlanan mikrodalga yapısı imal edildikten sonra istenilen şartları sağlatmak amacı ile
dışarıdan eleman eklemek kolay değildir Sıklıkla kullanılan taban maddelerinden
politetrafluetilen (PTFE) 21 dielektrik sabiti değerine ve 1MHz‟de 000002 mikrodalga
frekanslarında 00005 tanjant kaybına sahiptir
Mekanik guumlcuumlnuuml arttırmak amacıyla bu madde fiberglas oumlruumlluuml hasır ile veya cam mikro
parccedilacıklar ile doldurulabilir Bu işlem dielektrik sabitinin değerini 22 ndash 3 aralığına ccedileker
Fiberglas madde kullanımı dielektrik sabitinin anizotropik yapıya sahip olmasına sebep olur
Uumlretim işleminde fiberglas madde ile paralel sıralanır Boumlylece dielektrik sabiti madde
boyunca normal maddeye oranla 5-10 arasında artış goumlsterir Dolgu maddesi olarak
seramik toz kullanılırsa (oumlrn titanyumoksit) ccedilok daha buumlyuumlk dielektrik sabiti elde edilebilir
Aluminyumoksit (alumina) ve boronnitrat gibi seramik maddeler ve safir gibi camsı
maddelerde taban maddesi olarak kullanılır Bu maddelere şekil vermek zordur Isıl
iletkenliği muumlkemmel derecede olan alumina en ccedilok kullanılan taban maddesidir Entegre
ve mikrodalga devreleri iccedilin kullanılan yarı iletken maddeler ise germanyum silikon ve
galyum arsenittir Bu maddeler yuumlksek dielektrik sabitlerine sahiptir
Tablo 2331 ‟ de sıklıkla kullanılan maddelerin oumlnemli oumlzellikleri oumlzetlenmiştir Bu
tabloda 120576119903 madde boyunca dielektrik sabiti 120576119910 ise maddeye dik dielektrik sabitidir
Maddeler genelde 05 -1 veya 2 oz ağırlığında bakır ile kaplanır 1oz bakırın kullanımı
00014 in kalınlığında tabaka oluşturur Altın kaplama bazı durumlarda metalin
oksitlenmesini engellemek amacı ile kullanılır Entegre mikrodalga imalatında tipik kalınlık
birkaccedil mikrondur (Collins)
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
15
Tablo(2331)
Mikroşerit iletim hatlarında taban maddesi iletken şeridi tamamıyla sarmaz Bu sebepten
dolayı yayılan temel mod saf TEM modu değildir Duumlşuumlk frekanslarda uygulamadaki
mikroşerit hatlarında birkaccedil GHz‟de yayılan modkuvazi-TEM modudur GHz veya daha
yuumlksek frekans aralığında mikroşerit iletim hattı dağılmış kapasitesi ve induumlktansı cinsinden
karakterize edilebilir Duumlzlemsel iletim hatlarının karakteristiğini veya alan dağılımını
tanımlayan basit analitik ifadeler mevcut değildir Formal ccediloumlzuumlmler iletim hattının
karakteristiğini tanımlamak amacı ile kullanılabilir Alccedilak frekans karakteristiğini elde etmek
amacı ile statik alan analizi de kullanılır
Madde 120634119955 120634119962 Tanjant
Kaybı
Isıl
İletkenlik
İşlenebilme
PTFEwoven cam 284 245 0001-0002 Duumlşuumlk Iyi
PTFEmikrofiberglas 226 22 00005-
0001
Duumlşuumlk Iyi
CuFlon 21 21 00004 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 5880 226 22 0001 Duumlşuumlk Iyi
RTDuroid 6006 636 6 Orta Iyi
Epsilam 10 13 103 Orta Iyi
Boronnitrit 512 34 İyi Zayıf
Silikon 117-
129
117-
129
0001-0003 Orta Zayıf
Germanyum 16 16 Orta Zayıf
Galyum arsenit 129 129 00005-
0001
Orta Zayıf
Alumina 96-
101
96-
101
0005-0002 İyi Zayıf
Safir 94 116 00002 İyi Zayıf
Berilyum oksit 67 67 0001-0002 İyi Zayıf
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
16
Duumlzlemsel iletim hatlarının analizi yapıdaki elektrik ve magnetik alanların ccediloumlzuumlmuumlnuuml
temel alır Skaler ve vektoumlrel potansiyel fonksiyonlarının ccediloumlzuumlmlerini kullanarak
elektromagnetik alanları bulmak buna alternatif bir yaklaşım olabilir Yayılım sabiti ve
karakteristik empedans potansiyellerden kolayca bulunabilir Analizlerde skaler vevektoumlrel
potansiyellerinin kullanımının avantajı bu yaklaşımın bilinen alccedilak frekans kuvazi-statik
ccediloumlzuumlmlerle bağlantılı olmasıdırMikroşerit iletim hattının skaler ve vektoumlrel potansiyelleri
kullanılarak elde edilmiş eşitliklerden alccedilak frekanslarda kuvazi-TEM modu yayılımını
accedilıklayan basite indirgenmiş denklemler elde edilebilir Alccedilak frekans terimi goumlreceli bir
terimdir ve mikroşerit hattın kuvazi-TEM modunda yayılımını belirleyen dalga boyu ile hat
boyutlarının oranıdır MIC devrelerinde hat genişliği 100 μm olduğunda alccedilak frekans bandı
20-30 GHz‟ e kadar genişleyebilir [4]
Pratik uygulamalarda mikroşerit hattın kapasitansı hesaplanırken tam ccediloumlzuumlmleri ile
yakın sonuccedillar veren basite indirgenmiş ccediloumlzuumlmleri kullanılabilir [2] Bu ccediloumlzuumlmler birccedilok
araştırmacı tarafından analitik ccediloumlzuumlmleri temel alınarak ve yeterli sonucu elde etmek iccedilin
değişik nuumlmerik sabitlerinde eklenmesi ile elde edilmiştir
W genişliğinde şeride ve yer duumlzlemi uumlzerinde H kalınlığında hava dielektriğine sahip
mikroşeridinkapasitansı
119862119886 =21205871205760
119897119899 8119867
119882+
119882
4119867 119882119867 le 1 (21)
119862119886 = 119882
119867+ 1393 + 0667119897119899
119882
119867+ 1444
119882
119867gt 1 (22)
Şerit kalınlığı T‟nin etkisi genellikle ihmal edilir Gerekli olduğu durumlarda şerit
kalınlığı etkisiW‟nın yerine efektif genişlik 119882119890 konulması ile elde edilir
119882119890 = 119882 + 0398119879 1 + 1198971198994120587119882
119879 WHle
1
2120587 (23a)
= 119882 + 0398119879 1 + 1198971198992120587
119879 WHgt
1
2120587 (23b)
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
17
Yukarıdaki ifadeler izotropik veya anizotropik taban maddesine sahip mikroşerit hattın
kapasitansını hesaplamak iccedilin kullanılır Hattın efektif dielektrik sabiti 120576119890119891119891 (23) numaralı
denklem ile verilebilir Karakteristik empedans ise (24)‟ de yer almaktadır Efektif dielektrik
sabitini elde etmek amacı ile elde edilen formuumlller yapılan ccedilalışmalar sonucunda basite
indirgenmiştir(2334)‟de tam ccediloumlzuumlmlere 1‟den daha kuumlccediluumlk hata ile yaklaşan ccediloumlzuumlmuuml yer
almaktadır[4]
120576119890119891119891 =120576119903+1
2+
120576119903minus1
2 1 +
12119867
119882 minus05
+ 119865 120576119903 119867 minus 0217 120576119903 minus 1 119879
119882119867 (23)
119885119862 = 120576119890119891119891 120583 01205760
119862=
12058301205760
120576119890119891119891
1
119862119860 (2334)
burada
119865 120576119903 119867 = 002(120576119903 minus 1)(1 minus 119882119867)2 119882
119867le 1 (24)
0 119882
119867gt 1 (2 34)
(23) no‟ lu denklemdeki son terim şerit kalınlığı T‟ nin etkisini goumlsterir Anizotropik
yapılara bu ccediloumlzuumlmler uygulanırsa (25)-(29) denklemleri elde edilebilir Burada He
anizotropik yapı goumlz oumlnuumlnde bulundurulduğunda H‟ nin yerini alan efektif kalınlıktır (27)
no‟lu denklemde yer alan 120576119892 ise 120576119903 yerine kullanılır
HHy
rC
g ry (2335)
C(gHe )
Ca(He )
2
1g
g 1
2
112He
W
1
2
F gHe (26)
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
18
eff g 1
2g 1
2112
He
W
1
2
F g He
C gHe Ca He
(27)
234 Yapının Temel Parametrelere Bağlılığı
bull Tabanın bağıl dielektrik sabiti εr arttıkccedila enerji daha fazla mikroşerit altında
hapsolmakta ve iletim verimi artarken istenmeyen EMC sızıntısı azalmakta
bull Taban dielektrik yuumlksekliği h genelde milimetreden de kuumlccediluumlk olmakta (yani ccedilok ince bir
tabaka)
bull Uumlst mikroşerit hattın genişliği W genelde dielektrik taban yuumlksekliği mertebelerinde h
(01 le Wh le 30) Hattın karakteristik empedansını belirleyen ana etken bu Wh oranı
Şekil (21)‟de karakteristik empedansın Wh oranı ile değişimi değişik dielektrik
malzemeleri iccedilin goumlsterilmekte
Şekil(21) Farklı 120576119903 değerlieri iccedilin Wh oranı
Goumlruumllduumlğuuml gibi tipik bir mikroşerit hattın karakteristik empedansı 20-30 Ω ile 150-250
Ω arasında değişmekte Pratikte kullanılan tipik değer ise 50 Ω ve aksi belirtilmedikccedile bir
mikroşerit hattın karakteristik empedansının bu değerde olduğu varsayılır
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
19
Boumlyle bir yapının elektriksel oumlzelliklerinin matematiksel yoldan elde edilmesi iccedilin
Maxwell denklemlerinin (ya da bu denklemlerden tuumlretilen dalga denkleminin) yapıya ait
sınır koşulları altında ccediloumlzuumllmesiyle olur Yapı geometrik olarak dikdoumlrtgensel oumlzelliklere
sahip olduğundan Kartezyen Koordinat sisteminin kullanılması uygun Bu accedilıdan yapıda
sorun yok Ancak sınır koşullarının sağlanması ccedilok sıkıntılı Yapıda dielektrik ndash metal
sınırları olduğu gibi dielektrik hava sınırları da var Bu haliyle geometrik şekil olarak
uygun olsa da sınır koşulları olarak yapıyı 3 adet tek boyutlu dalga denklemine
indirgemek olası değil
Oumlzetle yapının doğrudan 3-boyutta matematiksel tam ccediloumlzuumlmuuml henuumlz bulunabilmiş
değil Bu durumda ya yapının basitleştirilmiş ve belli parametre boumllgelerinde geccedilerli
matematiksel ccediloumlzuumlmleri aranmakta ya oumllccediluumllere dayalı ampirik formuumlllerle ccedilalışılmakta ya
da guumlnuumlmuumlzuumln guumlccedilluuml sayısal youmlntemleri kullanılmakta
Z0 0
2 reffln8h
We
025We
h
W
h1
(28)
Z0 0reff
lnWe
h1393 0667ln
We
h1444
1
W
h1 ( 28)
We
hW
h125
t
h1 ln
4W
t
W
h1
(29)
We
hW
h125
t
h1 ln
2h
t
W
h1
(210)
reff r 1
2r 1
2FW
h
C
(211)
FW
h
112
h
W
05
004 1W
h
2
W
h1
(212)
FW
h
112
h
W
05
W
h1
(213)
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
20
C r 1
46
t h
W h (214)
Aslında Şekil (21)‟deki eğriler bu ve benzeri ampirik formuumlllerden elde edilmiş
durumda Bir mikroşerit hattın karakteristik empedansını arttırmak iccedilin (i) bağıl dielektrik
sabiti daha buumlyuumlk olan taban dielektrik malzemesi seccedilmek (ii) mikroşerit genişliğinin
taban dielektrik malzemesine oranını (Wh) duumlşuumlrmek (sabit dielektrik taban yuumlksekliği
iccedilin daha ince mikroşerit hat kullanmak) gerektiği unutulmamalı
235 Mikroşerit Hattın Yapı ndash Empedans İlişkisi
Mikroşerit hattın genişlideğiştirilerek veya yanına değişik geometrilerde başka metal
şeritler kullanarak hemen her tuumlrluuml pasif mikrodalga devresi elde edilebilmekte Şekil
23‟te mikroşeritler uumlzerinde iki kapılı devre mantığı goumlsterilmekte
Şekil (23) Mikroşerit devre mantığı (uumlstte) 3-boyutlu goumlruumlnuumlş (altta) yandan kesit
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
21
Şekil(23)‟de giriş ve ccedilıkış kapıları sırasıyla solda ve sağda mikroşerit devre ise
ortada (şekilde duumlşey kesikli ccedilizgiyle goumlsterilen boumllge) yer almakta Sol taraftan
uygulanacak bir işaretin bir(elektromanyetik dalganın) 1 kapı girişinde bir kısmı
iletilecek bir kısmı ise geriye yansıyacaktır Birinci ve ikinci kapıdaki giren ve kapılardan
yansıyan işaretler kullanılarak devrenin iletim ve yansıma karakteristikleri elde edilmekte
İki kapılı elektronik (toplu parametreli) devrelerde empedans (Z) ve admitans (Y)
parametreleri kullanılırken mikrodalga oumlzellikle mikroşerit devrelerinde dağılmış
parametreler (S-parametreleri) kullanılmakta Bunun nedeni empedans ve admitans
devrelerinin kapılarda accedilık devre (AD) ve kısa devre (KD) sonlandırma gerektirmesi ve
bunun mikrodalgalarda neredeyse olanaksız olması Oysa S parametreleri uygun
sonlandırma gerektirdiğinden kapıların mikroşerithattınkarakteristik empedansıyla
sonlandırılması yeterli olmakta Şekil(23)‟deki a ve b kapılardan giren ve yansıyan
normalize gerilim dalgalarını goumlstermekte Şekil(23)‟de uumlstte verilen iki kapılı mikroşerit
yapıya bakalım
Bu yapı ana mikroşerit hatta aralarında belli bir mesafe olan iki adet farklı kalınlıkta ve
boyda iki adet mikroşerit hat kaskad bağlanmış gibi yorumlanabilir [5] Herşey aynı iken
sadece mikroşerit genişliklerinin (W) değişmesi empedans değişmesi demek olduğundan
araya iki adet paralel empedans bağlanmış gibi de duumlşuumlnuumllebilir Bir başka duumlşuumlnce ana
hatta iki farklı uzunlukta ve sonu AD yan hat bağlanmış olmasıUnutmayın ki uumlst şeritin
goumllgesi alt metal tabanda daima mevcut olmakta Yan hattın KD olası iccedilin uumlst hattın alt
hatta bir tel ya da pim ile birleştirilmesi gerek
Başka bazı mikroşerit devreler Şekil 4‟te goumlsterilmekte İki kapılı bu devreler giriş ve
ccedilıkış arasında kesinti olup olmamasına ve elemanlar arasındaki kuplajlara goumlre farklı devre
karakteristikleri goumlstermekte Oumlrneğin (a) (b) ve (c) devrelerinin giriş ve ccedilıkışları arasında
suumlrekli bir iletken bulunmamakta Bu ise DC‟nin iletilmeyeceğini goumlstermekte Oysa (d)
devresi DC işaretleri de iletecektir
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
22
3 MİKROŞERİT HATLARIN PCB TASARIMI VE SUumlREKSİZLİK KAVRAMI
Şekil(31) Mikroşerit hattın temel yapısı
31İletim Hatlarında Suumlreksizlik Kavram Bağıntıları
İletim hatlarındaki suumlreksizlikler iletim hatlarının borda yerleşim geometrisiyle ve bord
uumlzerindeki diğer elemanların etkisiyle değiştirilirler Hemen hemen buumltuumln uygulamalarda
ister coaxial kablolar ister dalga kılavuzlarından veya mikroşerit hatlardan oluşsun bunların
suumlrekliliği sağlanamaz muumlhendislikte bunların suumlreklilik sağması pek goumlzlenemez
Bu anlatım TEM ya da quasi-TEM modlarıyla sınırlıdır [4]
311 İletim Hatlarındaki Suumlreksizlikler
Şekil (311)
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
23
Şekil 311 de mikroşerit hatlarda suumlreksizlik durumları goumlzlenmekte ve bu suumlreksizliklerin
etkilerine ccediloumlzuumlm aranmakytadır
Şekil(312) Burada microşerit hatlardaki suumlreksizlikler goumlsterilmektedir Benzer yapıların
yanı sıra diğer iletimhattı yapılandırmaları iccedilinde geccedilerlidir [2]
Şekil (312) Microşerit hatlardaki suumlreksizlikler
Şekil (313)Mikroşerit ve ortak hat suumlreksizliklerin diğer oumlrnekleri
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
24
312 Suumlreksizlikler ve Elektromanyetik Alan Etkileşimi
Hattaki suumlreksizlikler sonsuz uzunluktaki uniform bir iletim hattının elektromagnetik
yapısını bozacaktır Yayılım modunu TEM ya da (yarı) quasi-TEM duumlşuumlnuumlrsek suumlreksizlik
sınır koşullarını yerine getirmek iccedilin ccedilevresinde 119879119872111198791198721211987911986411 gibi yuumlksek mertebeden
modların oluşmasına neden olacaktır ancak TEM modalarından sadece biri mevcuttur [2]
Bu yuumlksek mertebeli induumlklenmiş modların ccediloğu ya geccedilicidir ya da ccedilalışma frekansından
daha yuumlksek kesim frekansı gibi non-propagasyonlu devrelerdir
Bu şekilde yuumlksek mertebelimodların alanları yerel alanlar olarak adlandırılır Gerilim ve
akım iccedilin reaktif sistemin etkisi LC devreleri kullanarak modellenebilir
TEM veya yarı-TEM modu iccedilin bobin ve kondansatoumlr iccedileren suumlreksiz 2 bağlantı noktası ağı
olarak duumlşuumlnebilirsiniz
Suumlreksiz modellemede şekil (31) RLCG devre elemanları teorisini kullanarak ccedilalışma
frekansı 2 ndash 6 GHz lik uygulamaların yapılması oldukccedila uygun bir seccedilim olacaktır [2]
Burada uumlst sınır yuumlzey kalınlığına ve suumlreksizliğe bağlıdır Suumlreksizliğin boyutu dalga
boyuyla karşılaştırıldığında bunların en yuumlkseği kullanılabilir uumlst frekans olacaktır
Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu modeller 10 GHz e kadardır
Şekil(31) Mikroşeritvirajlar iccedilin 2 portlu model
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
25
Şekil 32 de bir mikroşerit hattın kısa bir zaman oumllccedileğinde viraj geccedilişleri esnasındaki
elektromanyetik alanların oluşumunu goumlrmekteyiz
Şekil(32) bir mikroşeritviraj geccedilişleri
313 Suumlreksizlikler İccedilin Devre Modelleri ve Eşdeğer Devrenin Elde Edilmesi
Bunun iccedilin 3 tipik yaklaşım metodu vardır
Metot 1 Analitik ccediloumlzuumlmler
Metot 2 Sayısal metot
ndash Moment Metodu (Method of Moments)
ndash Sonlu Elemanlar Metodu (Finite-Element Method)
ndash Zaman Alanında Sonlu Farklar Metodu (Finite-Difference Time Domain Method)
Sayısal metot 3D modellemelerinde suumlreksizlikler iccedileren quasi-statik elektromanyetik
alanları bulmak iccedilin kullanılır Suumlreksizliğin ccedilevresinde oluşan elektromanyetik alanlar
TEM ve non-TEM olarak ayrılmıştır ve LC elemanları kullanılarak bunlar
ilişkilendirilebilirler[5]
Metot 3 Devre modelleriyle oumllccediluumlm yaparak uydurma youmlntemleri kullanılır Oumlneri olarak
tasarıdaki devre elemanlarının değer ve parametrelerini değiştirerek frekans zaman
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
26
domeninde teorik analiz ve oumllccediluumlm eşleştirmelerinden etkileşim sağlanır Oumllccediluumlmler zaman
domenindeyken zamandomenireflectometry (TDR) ve frekans domeninde iken oumllccediluumlmler
vektoumlrel network analizoumlr olarak kullanılır (VNA) [4]
32Mikroşerit Hattın Gerccedilekleştirilmesi Aşamasındaki Yaşanan Problemler
321 Via Suumlreksizlikler İccedilin Analiz
Ls 02h ln4h
d
1
(31)
Cp 0056rhd
d2 dN
(32)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(33)
119862119901 = via ve iccedil uzantısı aralığında oluşan kapasitelerdir ve Birdenccedilok iletkenuccedilaklarıvarsa
o zaman Cphericcedilduumlzleminekarşılıkolmalıdır
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
27
322 Bend (buumlkuumlm viraj) İccedilin Suumlreksizlik Analizi
Buumlkuumlm suumlreksizliği ve eşdeğer devresi Şekil 322‟de verilmiştir
Şekil 33 (a) Buumlkuumlm suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CBEND
w 95r 125
w
h 52r 7
(321)
CBEND
w14r 125
w
h 183r 225
w h (322)
L
h100 4
w
h
421
(323)
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
28
Eğer şekil (22) T1 ve T1 iletim hatlarının genişlikleri farklı olursa Bahl [5] analitik
formuumlller ile şu şekilde hesaplanabilir
Sekil (22) buumlkuumlm suumlreksizliğinin eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı statik ifadeler
C
w14r 125
w
d 183r 225
w d wdlt1 iccedilin (324)
C
w 95r 125
w
d 52r 70
wdgt1 iccedilin (325)
L
d100 4
w
d
421
Bu yapıyı ccediloumlzuumlmlemeyi teorik bir uygulamada goumlsterecek olursak
90 derecelik mikroşerit hat doumlnuumlşuuml iccedilin w = 28mm d = 157mm εr= 42 buradan L ve C
yi hesaplayalım
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
29
323 Step ( Basamak ) Mikroşerit Hatların Suumlreksizlik Analizi
Farklı genişliklerdeki mikroşerit hatların birbirine bağlanması gereksinimi mikrodalga devre
tasarımında sıkccedila karşılaşılan bir durumdur Ccedileyrek dalga doumlnuumlştuumlruumlcuumller filtreler ve
kuploumlrler genişlik değişiminin goumlruumllduumlğuuml durumlara oumlrnek olarak verilebilirler Yine aynı
şekilde transistoumlrluuml kuvvetlendirici devrelerinde birccedilok zaman bu tuumlr genişlik değişimlerine
gereksinim duyulmaktadır Mikroşerit iletim hatlarında genişlik değişiminden kaynaklanan
suumlreksizlik Benedek ve Silvester tarafından detaylı olarak incelenmiştir (Benedek P ve
Silvester P 1972) Basamak suumlreksizliği eşdeğer devresi ve eşdeğer devre parametreleri
Şekil 33‟de goumlsterilmektedir
Şekil 33 (a) Mikroşerit basamak suumlreksizliği (b1) Eşdeğer devresi
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
30
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması iccedilin bir dizi analitik formuumlle başvurmuştur
[4]
Cs
HpF m 1370
1
Z011W2
W1
eff1 03
eff1 0258
W1 H 0264
W1 H 08
(31)
Ls
HH m 1
Z01
Z02
eff1
eff 2
2
(32)
Diğer bir eşdeğer devreye goumlre analizi ise [3]
Şekil 33 (b2) Eşdeğer devresi
L1 L2 ve C iccedilin yaklaşık yarı sratik ifadeleri şekil 33 (b2) den amprik formuumlllerden
yaklaşık değerler hesaplanırsa
C
w1w2 101logr 233
w1
w2126logr 317
(33)
C
w1w2130log
w1
w2
44
(34)
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
31
L
d 405
w1
w210
75
w1
w2 02
w1
w210
2
(35)
L1 Lm1
Lm1 Lm2L
(36)
L2 Lm2
Lm1 Lm2L
324 Mikroşerit Hatların T-junction ( T kavşağı ) Suumlreksizlik analizi
Mikroşerit iletim hatlarında sıkccedila karşılaşılan bir diğer suumlreksizlik tuumlruuml de T-Jonksiyonu
suumlreksizliğidir Mikroşerit antenler ve iletim hattı ile kollar arası kuploumlrler bu suumlreksizliğin
goumlruumllebileceği yerlerdir Şekil 34‟de T-Jonksiyonu suumlreksizliği ve eşdeğer devresi
verilmiştir
Şekil 34 (a) T-Jonksiyonu suumlreksizliği (b) Eşdeğer devresi
Eşdeğer devre parametreleri şu analitik formuumlller ile hesaplanabilir (Bahl)
CT
W1
pF m 100
tanH 00072Z02 064Z02 261
(35)
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
32
25 Z02 100 (3241)
L1
HnH m
W2
H
W2
H0016
W1
H 0064
0016
W1 H
Lw1
(36)
05 W1
HW2
H
20
L2
HnH m 012
W1
H047
W2
H 0195
W1
H0357 00283sin
W1
H075
Lw2
1W1
H 20
(37)
05 W2
H 2
Lw Z0 eff
cH m
(38)
c 3108m s
T kavşakarımicrodalgada en oumlnemli devamsız yapı olarak bilinmektedir ve birccedilok
mikrodalga yapısında kullanılmaktadır Bununla birlikte T kavşakları guumlccedilleri dengesiz
bolmak iccedilin kullanılabilir Oumlrneğin şekil 34
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
33
Sekil (34)
T kavşakları kullanımında her iki kola giden guumlcuumln ayarlanmasında kavşağın uzanan
kollarında kullanılan mikroşeritler etkilidir ( uyulmama işlemi bu kollarda yapılır) Guumlccedil
boumllmesinde ise temel olarak Ohm kanunundan faydalanılır Bunlarla birlikte mikrodalganın
bir diğer suumlreksiz yapısı olan basamaklarda T kavşaklarına dahil edilir Tasarlanan T
kavşakları birbirlerine 1198850 empedanslı hatlar ile bağlanmışlardır bu bağlantılarda karşılaşılan
diğer tip suumlreksiz yapı ise buumlkuumllme noktalarıdır
Sekil 34 Mikroşerit hat ile tasarlanmış guumlccedil boumlluumlcuuml
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
34
325 Mikroşerit Hatlardaki Gap ( boşluk ) Suumlreksizlik Analizi
Şekil 32 (a) Mikroşerit Boşluk Suumlreksizliği (b) Eşdeğer Devresi
Enerjinin boşluğun diğer tarafına iletilebilmesi iccedilin accedilık devre sonlandırılmış mikroşerit
hatlar eşit ve ters olarak şarj edilmelidir Cg kapasite elemanı bu durumu accedilıklamaktadır
Topraklanmış kapasite elemanı Cp simetrik bir boşlukta herbir hattın sonundan doğrudan
toprağa yayılan alanı belirtmektedir Burada boşluğun neden olduğu suumlreksizliğin capasite
etkilerini goumlrebilmekteyiz
119897119890119900 =1198881198850119862119891
120576119890119891119891 formuumlluumlnuumln geliştirilmesi ile boşluk iccedilin geccedilerli ilave hat parccedilası 119897119890119900
hesaplanabilir
119897119890119900 =1198881198850(119862119901 +119866119892)
120576119890119891119891 (32)
Buradan hareketle Cp veCg ‟nin bilinmesi durumunda ilave hat parccedilasının uzunluğu
hesaplanabilir Bu durum sentez iccedilin uygun değildir Buna oumlrnek olarak filtre sentezi
verilebilir Prototip filtre karakteristiklerinden boşluk kapasite elemanının bilgisine
ulaşılabilir
Garg ve Bahl‟a goumlre
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
35
Bu eşitlikler 25le 120576119903 le 15 aralığında 7‟lik bir hata oranına sahiptir Tuumlm bu bilgilerin
ışığında g boşluk genişliği
ln 119878
119882 =
1
1198980 119897119899
1198620
119882 minus 1198960 (34)
Formuumlluuml kullanılarak hesaplanabilir
Bahl eşdeğer devre parametrelerinin hesaplanması (Bahl)
119862119901 =119862ccedil119894119891119905
2 119862119892 =
119862119905119890119896 minus119862119901
2(3252
119862ccedil119894119891119905 = 120576119903
96
09
119862119890 119862119905119890119896 = 120576119903
96
08
1198620 (35)
119862119890
120596 119901119865119898 =
119878
120596 119898119890
exp 119896119890 1198620
120596 119901119865
119898 =
119878
120596 1198980
exp 1198960119890 (36)
me 08675
ke 2043
H
(37)
01
H 03
me 1565
H 016
1
(38)
ke 197003
H (39)
03S
10
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
36
mo
H0619log
H 03853
ko 4261453log
H
01S
10
(39)
33Suumlreksizlikteki Işıma Kayıpları
Yuumlksek frekanslarda ( f gt 5Ghz) kayıpsız bir suumlreksizlik duumlşuumlnuumllemez Bu yuumlzden yuumlksek
mertebelimodlarda Elektromanyetik alan devre yuumlzey dalgaların oluşmasına neden olur ve
oluşan bu dalgalar enerji kayıplarına yol accedilar
Ayrıca hızlanma ve yavaşlamalarda ışımaya neden olur ışımadaki kayıplar suumlreksiz devre
eşdeğer modeline seri ve şoumlnt direnccediller bağlanarak dahil edilebilir
34 Suumlreksizliklerin Mikroşerit Hatta Etkisi ve Azaltılması
Mikroşerit suumlreksizlikleri iccedilin eşdeğer devre modelneleri baktığımızda keskin okuyucu
hemen hemen tuumlm buanların Low-Pass Filtre olarak yorumlanabilir olduğunu fark ediyoruz
Kapasiteler yuumlksek frekans etkisindeyken enduumlktansların yuumlksek frekanstaki etkisi de
zayıflama goumlsterir sekil
Ccedilok fazla suumlreksizliğe sahip iletim hattı toplam bant genişliğine etki ederek azalmasına
neden olur suumlreksizliğin diğer bir suonucuda suumlreksizliğin ışmadaki azalma kaybıdır
Şekil(32)Suumlreksizliğin ccedilıkıştaki etkisi
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
37
35Suumlreksizlik etkisinin azaltılması iccedilin yapılan değişikler
Suumlreksizlik etkisini azaltabilmek iccedilin endiktansa ve kapasite ilişki değerlerini azaltmamız
gereklidir bunu sağlayan değerlere ulaşmak iccedilin ise viraj ve benzeri suumlreksizliklerde
değişiklikler yapılabilir bu sayede akım kesintiye uğramayacak ve yuumlk birikimi
olmayacaktır optimum değerlere ve suumlreksizliğin kayıplarını minimuma indirmek iccedilin sekil
deki gibi viraj tasarımları yapılabilmektedir
351 Viraj suumlreksizlik etkisini azaltmak iccedilin tasarım
Şekil(33) optimum değer iccedilin b=057W olmalıdır
352 T- kavşak ve Adım Suumlreksizlik Etkisini Azaltmak İccedilin Yapılan Tasarım
(Şekil 33) dede goumlruumllduumlğuuml gibi T-kavşağı ve adım suumlreksizlik etkilerini gidermek iccedilin
yapılan değişikliklerde şekil keskinliklerden kaccedilınılmalı ve daha yumuşak geccedilişlerle
bağlantılar sağlanmalıdır teorik olarak şekil 352 de verilen oranlar optimum oranlardır
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
38
Sekil(352) T-Kavşak ve adım suumlrksizlikleri
353 Via ve Delikli Suumlreksizliklerin Etkisini Azaltmak İccedilin Tasarım
Sekil deki gibi vianın uzunluğunu iccedil hatlar kullanarak kısaltırız bununla beraber vianın
koumlk kısmı kaldırılmış olacak bu sayede suumlreksizlik etkisini azaltmış oluruz
Şekil(351)via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler
Diğer bir tedbir ise vialar arasındaki karşılaşmayı oumlnlemek iccedilin vialarbellirli oranda
kaydırılarak aralarındaki etkileşimi azaltmaktır
Şekil(3533) via suumlreksizlikleri iccedilin yapılan değişiklikler(uumlsten goumlruumlnuumlm)
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
39
Şekil (22a)Via noktası buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
Şekil (22b) Adım geccedilişi buumlyuumltuumllmuumlş mikroşerit yollar
36KonnektoumlrBağlantılısındaki Suumlreksizlikler
Bir dış hattın mikroşerit devreye bağlantısı konektoumlrler sayesinde olur ve bu
konektoumlrlerin bağlantı noktaları suumlreksizliğe ve etkilerine neden olur Mikroşerit hatta
coaxial kablolar bağlanır ve bu bağlantılar SMA-PCB connnektoumlruuml sayesinde gerccedilekleştirilir
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
40
Şekil (361)Konnektoumlr bağlantı suumlreksizlikleri
Sekil(361) de SMA konektoumlruumlnuumln hervia‟nın her iletim hattının ve her suumlreksizliğin
deneysel ortamda değerleri verilmiştir bu tuumlr bir devrenin analizi teorik olarak
sonuccedillandırılabir Deney yazılım ortamında ldquoAWR Design Environmenrdquo isimli programda
gerccedilekleştirilmiştir Şekil (362) kurulan devreyi goumlrmekteyiz
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
41
Şekil (362) Konnektoumlr ve via suumlreksizliklerinin analizi
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
42
4 Mikroşerit Hat ile Tasarlanmış 245 GHz AB sınıfı RF yuumlkselccedil Uygulaması
Bu uygulamada NXP firması tarafından tasarlanmış oumlrnek devrenin analizi oumllccediluumlmleri ve
uygulama alanındaki 245 GHz kablosuz haberleşme sitemi yapılandırması yapıldı Sonuccedil
olarak mikroşerit hatlı yuumlkselteccedil devresinin 245 GHz deki performansı ve kazanccedil verileri
incelendi Girişe 1 dBm ile 17 dBmlik sinyaller uygulandı ve ccedilıkıştakı guumlccedil ve kazanccedillardaki
değişimler 245 GHz iccedilin incelendi [13]
Kurulu duumlzenek ve oumllccediluumlm iccedilin sinyal kaynağı Airties AP-302 Access point 80211g
kanalları kullanıldı
41 Uumlruumln oumlzellikleri
BGA7124 yuumlksek bant genişliğine sahip tek aşamalı bir RF yuumlkselteccediltir BGA7124 NXP
firmasının tasarlamış olduğu 400 MHz den 2700 MHz kadar bant genişliğine sahip 1dB de
25 dBmlik ccedilıkış guumlcuumlnde yuumlksek performanslı bir yuumlkselteccedil olarak ccedilalışır ayrıca mantık
duumlzeyinde kontrol seviyesinde ccedilalışarak besleme akımı olan 4 microA seviyeyi accedil kapa ile
sistemden keserek kontrol eder [13]
400 MHz den 2700 MHzbdquo e kadar ccedilalışma frekans aralığı
2 GHz de 16 dB kazanccedil
1 dB de 25 dBmlik ccedilıkış guumlcuuml
33 V ya da 5 V ile besleme imkanı
Kablosuz haberleşme altyapılarında ( baz istasyonlarında tekrarlayıcılarda toplayıcılar)
gibi geniş kullanım alanına sahip bir yapı olarak kullanılan RF yuumlkselteccediller yakın zamanda
oldukccedila gelişmiş olan kablosuz haberleşme sistemlerinin uzak mesafelere iletimi ya da alımı
iccedilin kullanılmaktadır İncelenen BGA7124 entegresine sahip mikroşerit hatlardan oluşmuş
ve 245 GHz - 248 GHz frekans aralıklarında uygulaması yapmıştır sekil 543
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
43
42Mikroşerit Hattın Yapısı ve Devreyi Oluşturan Elemanların Sistem Davranışları
421 2405 MHz - 2485 MHz arasında devrenin tasarımı
Şekil (521) BGA-7124 5V 120mA accedilık şeması
Accedilık şeması verilen (Şekil 521) devrede kullanılan PCB‟ nin temel oumlzellikleri
PCB-RO4003C PCB kalınlığı = 0508 mm εr = 338 Bakır kalınlığı = 35 μm
Şekil(542) BGA-7124 pozitif yuumlzey şeması
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
44
BGA-7124 devresinde kullanılan malzemelerin sistem iccedilindeki goumlrevleri ve empedans
eşleştirmesi Tablo 54
Malzeme Tanımı Değeri Goumlrevi
C1C5 Kapasite 12pF DC bloklama
C2 Kapasite 12pF Giriş empedans eşleştirme
C3 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C4 Kapasite 12pF Ccedilıkış empedans eşleştirme
C6 Kapasite 12pF RF ayırıcı
C7 Kapasite 12pF DC ayırıcı
C8 Kapasite 12pF DC ayırıcı
L1 Enduumlktans 12pF DC besleme
MSL1 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times1095 mm Giriş eşleştirme
MSL2 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times108 mm Giriş eşleştirme
MSL3 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times73 mm Ccedilıkış eşleştirme
MSL4 MikroşeritHat 114 mm times08 mm times43 mm Ccedilıkış eşleştirme
Tablo 54 Kullanılan malzemenin devre iccedilerisindeki goumlrevleri
Tablo 54 de kullanılan yapıların geneli empedans uyumunu sağlamak iccedilin kullanılmıştır
mikro şerit hatlarda genel sorun suumlreksizliklerin sebep olduğu kayıplar ve empedans
uyumsuzluklarıdır Bu uyumsuzlukları ortadan kaldırmak iccedilin surface-mount yuumlksek frekans
devre elemanları kullanılır ya da suumlreksizlikler sonrasında mikro şerit yolların yapısı
değiştirilir
Devrede C2 C3 C4 kondansatoumlrleri devrede yuumlksek frekans yollarındaki suumlreksizliklerin
neden olduğu empedan uyumsuzluklarını ve devrenin giriş ccedilıkış empedans uyumsuzluklarını
gidermek iccedilin kullanılmıştır
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
45
Şekil (542) kullanılan PCB‟ nin milimetrik yapı goumlruumlnuumlmuuml
45 BGA7124rsquo uumln uygulamdaki kullanımı
Şekil (542) Uygulamadaki şema
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
46
Bu ccedilalışmada 245 GHz lik double quad anten tasarlanmış (şekil 51) ve AP-302 den 1
dBm den 17 dBm‟e kadar BGA 7124‟ uumln girişine guumlccedil uygulanmıştır ayrıca data testi double
quad anten tarafından yapılmıştır bu uygulamada tasarlanan antenle 245 GHz de data
hizmeti sağlanacak boumllgenin genişletilmesi kullanılan mikroşerit RF yuumlkseltecin performansı
test edilmiştir
Suumlreksizlik accedilısından BGA-7124 RF yuumlkseltecin tasarımı incelendiğinde mikroşerit
yolların suumlreksizliklerden kaccedilınmak iccedilin minimum viraj ve t boumlluumlnmelerei gibi geometrik
oluşumlar bulunmamaktadır dervreye dikkat edlirse şekil542‟de BGA-7124 devresinin R1
ve C7 elemanları arasında sadece bir suumlreksizlik mevcut ve bu suumlreksizlik etkilerini azaltmak
iccedilinde konu 351‟ deki geometrik değişime gidilmiştir
Şekil (51) 245 GHz double quad anten
Uygulamada BGA-7124 RF yuumlkselteccedil AP-302 Accesspoint ve 245 GHz lik anten
kullanılmıştır Amaccedil muumlhendislikteki minimum maliyetle yapılabilecek maksimum
performansı test ekmektir
Deneysel ortam olarak accedilık alan kullanıldı ve sistem 2 youmlnluuml ( datanın iletimi ve alınımı)
olarak test edildi
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
47
46 Uygulama Sahası Sonuccedilları
İlk etepta sistem olarak standart 2dB 245 GHz lik omni anten ile datanın max
ulaşabileceği boumllge tespit edildi
461 Omni Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 100m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 450m
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada omni anten ile yapılan accedilık alan taramasında 6 adet kablosuz bağlantı
noktası tespit edilmiştir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml 5 uumlzerinden Ping cevap suumlresi
Airties 302 2 40 ms
Bluecomputer 1 67 ms
Autocan 4 32 ms
Zyxel 4 30 ms
Akyuumlz oto 2 46 ms
Airties RT 211 2 41 ms
Tablo 1 Omni anten taraması
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
48
462 Double quad Anten İle Accedilık Alan Test Sonuccedilları
Data goumlnderimi 1dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 350 m
Data goumlnderimi 10dBm lik giş iccedilin yaklaşık sağlıklı data goumlnderim mesafesi 3 km
10 dBm uumlzeri girişlerde kayıp datlar oluşuyor yani RF yuumlkselteci iş yapmaz hale geldiği
goumlzlenmiştir
Tersinir ccedilalışmada double quad anten ile yapılan accedilık alan taramasında 102 adet kablosuz
bağlantı noktası tespit edilmiştir Bağzıları tablo 2 verilmektedir
Bağlantı noktası Ccedilekim guumlcuuml (5 uumlzerinden) Ping cevap suumlresi
Airties RT 211 4 21 ms
12Bluecomputer 3 32 ms
azizbaba 4 19 ms
AIRMAX-101 4 12 ms
furkan 4 26 ms
ALPEROTO 1 62 ms
konut 2 42 ms
15Bluecomputer 2 53 ms
hacıoğlu 4 26 ms
DAİRE-1A 4 18 ms
Airties 302 5 7 ms
lojmanlar 3 32 ms
YAPITEK 4 21 ms
atılım 1 56 ms
KONUT-1 4 24 ms
YASAR_SANAL 5 11 ms
Airties rt-206 5 25 ms
DAİRE-3B 1 62 ms
fango 2 41 ms
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
49
Airties rt-205 2 45 ms
Kore-2 2 32 ms
y-kafe 5 5 ms
BAŞAK E-4 3 37 ms
outlet 2 49 ms
OTOFORD 3 40 ms
SERDAR 1 70 ms
uzunoğlu 4 26 ms
11Bluecomputer 5 14 ms
showroom 5 11 ms
guumlmruumlkcuuml 4 22 ms
Aras-kargo 2 45 ms
Airties rt-205 4 25 ms
SERVİS 1 54 ms
13Bluecomputer 4 17 ms
DAİRE-1 3 28 ms
KAT4 3 34 ms
BAŞAK E-2 4 19 ms
irfanoğlu 1 72 ms
Autocan 5 10 ms
elanes 1 48 ms
hasan 2 34 ms
Akyuumlz oto 4 25 ms
BAŞAK E-6 4 22 ms
elektromodem 5 11 ms
Airties rt-205 3 41 ms
DAİRE-2 4 17 ms
TRB 2 31 ms
12Bluecomputer 3 29 ms
Dayı66 2 34 ms
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
50
SONUCcedil
Bu ccedilalışmada mikroşerit iletim hat suumlreksizliklerinin eşdeğer devre ccediloumlzuumlmlemeleri ve
mikroşerit iletim hatlarının tasarlanması ele alınmıştırMikroşerit iletim hatlarında en ccedilok
karşılaşılan beş suumlreksizlik tuumlruumlnuumln incelenmesi sonucu daha sağlıklı yuumlksek frekans
devreleri tasarlanabileceğini goumlrduumlk
Yapılan araştırmada mikroşerit hatların tasarlanmasında yaşan problemlere ccediloumlzuumlm
aranmış ve ampirik uygulamalarla suumlreksizlik etkilerinin azaltılması sağlanmıştır Uygulama
alanında mikroşerit hatlarla tasarlanmış NXP firmasının BGA-7124 RF yuumlkselteccedil devresi
Airties‟ in AP-302 245 GHz data sinyal uumlreteciyle test edilmiş [14] mikroanşerit uumlzerindeki
suumlreksizlikler belirlenmiş giderici oumlnlemlerin pratikte analizi ve devre elemanlarının
kullanımımı incelenmiştir Ayrıca oluşturulmuş buumltuumlnleşik deney gurubunun performansı
uzak mesafelerde 245 GHz de data transfer başarısı test edilmiş ve yuumlksek performanslı veri
alışverişi gerccedileklerştirilmiştir
Toplanan veriler doğrultusunda geniş bant hizmet ağlarında minimum maliyetli dış saha
kablosuz servis sağlıyıcılığında muumlhendislik accedilısından max kazanc sağlanmıştır
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr
51
KAYNAKLAR
[1] Tang W Chow YL ve Tsang KF (2004) ldquoDifferent Microstrip Line
Discontinuities on a Single Field-Based Equivalent Circuit Modelrdquo IEE Proc-Microw
Antennas Propag No3 256-262
[2] Edwards TC (1981) Foundations for MicrostripCircuit Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 5 Chap 6
[3] Collins RE (1992) Foundations for MicrowaveEngineering McGraw-Hill Chap3
[4] Bahl Ive BhartiaP(1988) Microwave Solid State Design Wiley-
IntersciencePublication Chap 2
[5] Beilenhoff K Klingbeil H Heinrich W ve Hartnagel HL (1993) ldquoOpen and
Short Circuits in CoplanarMMIC‟srdquo IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques
[8] Kinayman Noyan Aksun MI2005 Modern Microwave Circuits Artech House
Norwood USA
[9] Pozar D M 2005 Microwave Engineering John Wileyand Sons New York
[10] NXP Semiconductors400 MHz to 2700 MHz 025 W
highlinearitysiliconamplifierhttpwwwnxpcompippip=[pip=BGA7124]|pp=[t=pipi=BG
A7124]
[11] AirTiesAP-302 54Mbps Kablosuz Erişim
Noktasıhttpwwwairtiescomproduct-detailsasppn=AP-302ampci=1ampdil=tr