الگوريتم طراحي تغيير دهنده فاز تك-چنبره‌اي مبتني بر فرامواد

Metamaterial Based, Single Toroidal Phase Shifter Design Algorithm

در اين مقاله، الگوريتم طراحي تغيير فاز دهنده تك-چنبره­اي فريتي مبتني­بر فراماده باند X معرفي شده است. براي طراحي چنين تغييردهنده فاز ابتدا هسته فريتي MNG (با تراوايي مغناطيسي منفي) در مد باياس غيرمعمولي پياده ­سازي مي­شود. سپس بخش ENG (با نفوذپذيري الكتريكي منفي) كه از خطوط متاليزه روي زيرآيند تشكيل شده، طراحي مي­گردد. در نهايت براي تطبيق امپدانس ورودي و خروجي تغييردهنده فاز، از ساختار دولايه دي­الكتريكي به روش دوجمله ­اي استفاده م ي­شود. نتايج شبيه­ سازي­ ها، نشان مي­دهد كه به­ كارگيري شكل چنبره­اي تغييردهنده فاز، نقص بزرگ تغييردهنده ­هاي فاز فريتي مبتني­بر فراماده كه در قالب موجبري ساخته مي­ شوند را مرتفع ساخته است، به­ طوري­كه ساختار بسيار پيچيده آزمايشگاهي باياس با دامنه ميدان مغناطيسي kOe 6-7 را به زير Oe 50 كاهش داده است به نحوي كه به راحتي با يك سيم تحريك جايگزين شده است. به علاوه، با معرفي ساختار جديد هسته مركزي و شبكه تطبيق امپدانس، دومين ايراد عمده تغييردهنده ­هاي فاز فريتي مبتني­بر فراماده كه تلفات آنهاست، از dB 10 به dB 2/5 كاهش يافته است.

In this paper, a metamaterial based toroidal ferrite phase shifter design algorithm has been introduced in X band. For the design of such a phase shifter, first the MNG (negative μ) ferrite core in extraordinary bias mode should be implemented. Then, the ENG (negative ε) part composed of parallel metallized lines should be designed on a substrate board. Finally, the input and output port impedance matching could be accomplished by using two section dielectric step transformers layout using binomial tapering method. According to the simulation results, the closed toroidal ferrite core shape, has treated the main disadvantage of metamaterial waveguide phase shifter’s experimental bias complications, and it has reduced the amplitude of magnetic bias filed from the typical range of (6-7 kOe) to under the acceptable 100 Oe value, which could be achieved using a simple wire. Moreover, by introducing a new core structure and an impedance matching network in the proposed phase shifter, the second main disadvantage of the metamaterial-based ferrite phase shifter which is their high insertion loss, has decreased from 10 dB to 3.2 dB.