Design e simulação de um acoplador planar reconfigurável para aplicação em sistemas de telecomunicações em micro-ondas
Data
2024-10-10
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Resumo
The growing demand for advanced electronic devices for communication has driven the
development of microwave technologies capable of operating in multiple frequency bands.
Initially, wireless communication was limited by fixed transmissions and low-frequency bands,
but technological innovation has enabled expansion to microwave frequencies, ranging from 3
GHz to 300 GHz. Among the critical components in this range, filters, duplexers, and hybrid
couplers stand out, being essential for the management and distribution of electromagnetic
power in communication systems. However, as technological demands have evolved, the need
for multifunctional devices capable of operating in more than one frequency band has become
crucial. Directional couplers, which traditionally have four ports and are used to couple a
specific amount of electromagnetic power, are classic examples of couplers designed to divide
power equitably among the ports and are known as hybrid couplers. A specific type of known
coupler is the branch-line, widely applied in circuits such as amplifiers and balanced mixers.
Innovation in this type of device has focused on the integration of artificial transmission lines
(ATLs) to enable multiband operation of these couplers. ATLs are designed to simulate the
behavior of conventional transmission lines in various frequency bands and are crucial for the
development of devices with multiband operating capabilities. This work proposes the
investigation and development of new techniques for the design of branch-line hybrid couplers,
focusing on creating reconfigurable versions, as well as improving the relationship between
operating frequencies and reducing the size of the devices. The approach aims to optimize the
performance of couplers, meeting the growing demands of modern communication systems,
providing more versatile and efficient solutions for microwave applications. The project will
be carried out with the aid of electromagnetic simulation software, and the behavior of the
switching elements will be modeled through equivalent circuits, allowing a detailed and
accurate analysis of the device characteristics.
Descrição
A crescente demanda por dispositivos eletrônicos avançados para comunicação tem
impulsionado o desenvolvimento de tecnologias de micro-ondas capazes de operar em
múltiplas bandas de frequência. Inicialmente, a comunicação sem fio era limitada por
transmissões fixas e frequências de baixa gama, mas a inovação tecnológica permitiu a
expansão para frequências de micro-ondas, abrangendo de 3 GHz a 300 GHz. Entre os
componentes críticos nessa faixa, destacam-se filtros, duplexadores e acopladores híbridos, que
são essenciais para a gestão e distribuição de potência eletromagnética em sistemas de
comunicação. No entanto, à medida que as exigências tecnológicas evoluíram, a necessidade
de dispositivos multifuncionais, capazes de operar em mais de uma faixa de frequência, tornouse crucial. Os acopladores direcionais que tradicionalmente possuem quatro portas e são
utilizados para acoplar uma quantidade específica de potência eletromagnética, são exemplos
clássicos de acopladores projetados para dividir a potência de forma equitativa entre as portas
e são conhecidos como acopladores híbridos, como um tipo específico de acoplador conhecido
que é o branch-line, em que é amplamente aplicado em circuitos como amplificadores e
misturadores balanceados. A inovação neste tipo de dispositivo tem focado na integração de
linhas de transmissão artificiais (LTAs) para possibilitar a operação multibanda desses
acopladores. LTAs são projetadas para simular o comportamento de linhas de transmissão
convencionais em várias faixas de frequência e são cruciais para o desenvolvimento de
dispositivos com capacidades de operação em múltiplas bandas. Este trabalho propõe a
investigação e desenvolvimento de novas técnicas para a concepção de acopladores híbridos do
tipo branch-line, com foco na criação de versões reconfiguráveis, além de aprimorar a relação
entre as frequências de operação e reduzir o tamanho dos dispositivos. A abordagem visa
otimizar o desempenho dos acopladores, atendendo às crescentes demandas dos modernos
sistemas de comunicação, fornecendo soluções mais versáteis e eficientes para aplicações em
micro-ondas. O projeto será realizado com o auxílio de software de simulação eletromagnética,
e o comportamento dos elementos chaveadores será modelado por meio de circuitos
equivalentes, permitindo uma análise detalhada e precisa das características do dispositivo.
Palavras-chave
acopladores híbridos, microstrip, linha de transmissão
Referência
SANTOS, Cleberson Andrade da Silva. Design e simulação de um acoplador planar reconfigurável para aplicação em sistemas de telecomunicações em micro-ondas. 73f. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica) - Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2025.
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