A Broadband Microstrip 1 x 8 Magic-T Power Divider for ISM Band Array Antenna Applications

Abstract

Стаття присвячена розробці та аналізу мікросмужкового дільника потужності 1 x 8 magic-T (MTPD) для застосування антенної решітки діапазону ISM (промисловий і медичний діапазон). Спочатку розроблено та оптимізовано базовий дільник потужності 1 x 2 magic-T. Він може розділити живлення на дві рівні частини (3 дБ) за синфазним узгодженням. Потім був розроблений дільник потужності 1 x 4 з використанням двох ідентичних базових дільників потужності 1 x 2 magic-T; він ділить джерело живлення на чотири рівні частини (6 дБ) за синфазним узгодженням. Нарешті, запропонований широкосмуговий дільник потужності 1 x 8 magic-T складається з двох ідентичних дільників потужності 1x 4 magic-T; він може розділити джерело живлення на 8 рівних частин (9 дБ) у фазовому узгодженні. Згідно з отриманими результатами, запропонований дільник потужності 1 x 8 має ширину смуги пропускання -10 дБ, що дорівнює приблизно 506 МГц (від 2,022 ГГц до 2,528 ГГц) з мінімальним коефіцієнтом відбиття S11, що дорівнює приблизно – 19,12 дБ на робочій частоті 2,4 ГГц. Крім того, модуль коефіцієнтів передачі (S12, S13, S14, S16, S16, S17, S18 і S19) дорівнює приблизно – 9 дБ з незначним фазовим зсувом, рівним 2,8° між вихідними сигналами. Результати проектування та моделювання запропонованого дільника потужності 1 x 8 виконано на симуляторі EM HFSS з використанням підкладки Rogers RT/duroid 5880 із загальним розміром 424 x 49 x 1,56 мм3. Запропонований дільник потужності є потенційним кандидатом для живлення антенної решітки, підсилювачів і модуляторів з восьми елементів у діапазоні ISM близько 2,4 ГГц (2,022 ГГц-2,528 ГГц).

This article deals with the design and analysis of a microstrip 1 x 8 magic-T power divider (MTPD) for ISM band (industrial and medical band) array antenna application. First, a basic 1 x 2 magic-T power divider is designed and optimized. It can divide the power supply in two equal parts (3 dB) in-phase agreement. Then a 1 x 4 power divider has been designed using two identical 1 x 2 magic-T basic power dividers; it divides the power supply into four equal parts (6 dB) in-phase agreement. Finally, the proposed broadband 1 x 8 magic-T power divider is constituted by the assembly of two identical 1 x 4 magic-T power dividers; it can divide the power supply into 8 equal parts (9 dB) in phase agreement. As results obtained, the proposed 1 x 8 power divider has a − 10 dB wide bandwidth equals about 506 MHz (2.022 GHz to 2.528 GHz) with a minimum reflection coefficient S11 equals about – 19.12 dB at the operating frequency 2.4 GHz. Moreover, the module of the transmission coefficients (S12, S13, S14, S16, S16, S17, S18 and S19) equal about – 9 dB with a negligible phase shift equals to 2.8° between the output signals. The design and simulation results of the proposed 1 x 8 power divider is carried out by HFSS EM simulator using the substrate Rogers RT/duroid 5880 with the total size 424 x 49 x 1.56 mm3. The proposed power divider is a potential candidate to feed an array antenna, amplifiers and modulators of eight elements in the ISM band around 2.4 GHz (2.022 GHz-2.528 GHz).