Investigation of the Characteristics of the Rectangular Waveguide Power Dividers for Different Power Ratios

Öz

The interest in the production of microwave passive components with the methods of additive manufacturing has increased day by day. The most important advantages of these methods are to produce microwave passive components having complex geometry in short time, low weight and low cost. In this study, rectangle waveguide power dividers at 12 GHz operating frequency are designed and produced via 3D printing and a total of 20 μm non-electrolytic and electrolytic copper plating is made on all surfaces. ABS thermoplastic as material and fused deposition modeling technique as a method are used. The novelty of this work is not only the manufacturing of T-junction component by means of 3D printing technology by using ABS termoplastic and copper plating but also, having the performance results of T-junction components with different power ratios comparatively. Return losses, transmission losses and electric field distributions of the proposed components are obtained by using CST Microwave Studio software. Rectangular waveguide power dividers having different power ratios are designed and their performances are investigated. When the results are examined, the transmission coefficient of the power divider having equal power ratio is ~3 dB in the entire frequency range. For other cases, it is observed that the phase difference and the power ratio between the output ports change depending on the frequency. The return losses in all cases are very close to each other.

Anahtar Kelimeler

• Power divider,Rectangular waveguide,T-junction component,3D printing,Copper plating

Farklı Güç Oranları için Dikdörtgen Dalga Kılavuzu Güç Bölücülerinin Karakteristiklerinin İncelenmesi

Öz

Mikrodalga pasif bileşenlerin eklemeli imalat yöntemleri ile üretimine olan ilgi son yıllarda gün geçtikçe artmaktadır. Bu yöntemlerin en önemli avantajları karmaşık geometrideki mikrodalga pasif bileşenleri kısa sürede, düşük ağırlıkta ve düşük maliyette üretmektir. Bu çalışmada, 12 GHz çalışma frekansında dikdörtgen dalga kılavuzu güç bölücüleri tasarlanıp 3B baskıyla üretilmiş ve tüm yüzeylerine elektrolizsiz ve elektrolizli olmak üzere toplam 20 μm’lik bakır kaplama yapılmıştır. Yöntem olarak birleştirmeli yığmayla modelleme tekniği ve malzeme olarak ABS termoplastik malzeme kullanılmıştır. Bu çalışmanın özgün yönü, T-ekleme elemanının ABS termoplastik ve bakır kaplama kullanılarak 3B baskı teknolojisiyle üretilmesinin yanı sıra farklı güç oranlarındaki güç bölücülerinin performans sonuçlarının karşılaştırmalı olarak incelenmesidir. CST Microwave Studio yazılımıyla önerilen bileşenlerin geri dönüş kayıpları, iletim kayıpları ve elektrik alan dağılımları elde edilmiştir. Farklı güç oranlarındaki dikdörtgen dalga kılavuzu güç bölücüleri tasarlanıp performansları incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, eşit güç oranlı güç bölücünün iletim katsayısı tüm frekans bölgesinde ~3 dB civarındadır ve diğer durumlar için çıkış portları arasındaki faz farkı ve güç oranları frekansa bağlı olarak değiştiği görülmektedir. Tüm durumlardaki geri dönüş kayıpları birbirine oldukça yakındır.

Anahtar Kelimeler

• Güç bölücü,Dikdörtgen dalga kılavuzu,T-ekleme elemanı,3B baskı,Bakır kaplama

Kaynakça

1. 1. Geterud, E.G., Bergmark, P., Yang, J., 2013. Lightweight Waveguide and Antenna Components using Plating on Plastics, 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 1812-1815.
2. 2. Timbie, P.T., Grade, J., Weide, D.V.D., Maffei, B., Pisano, G., 2011. Stereolithographed Mm-wave Corrugated Horn Antennas, International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 36th International Conference on IEEE, 1-3.
3. 3. Garcia, C., Rumpf, R., Tsang, H., Barton, J., 2013. Effects of extreme surface roughness on 3D printed horn antenna, Electronics Letters, 49(12), 734-736.
4. 4. Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B., 2010. Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing, Additive Manufacturing Technologies Springer, 299-332.
5. 5. Bang, J.H., Hwang, S.M., Lee, S.G., Ahn, B.C., 2003. Design Formulas for the H-plane Septum Power Divider in a Rectangular Waveguide, Microwave and Optical Technology Letters, 37(5), 390-393.
6. 6. Mallory, G.O., Hajdu, J.B., 1990. Electroless Plating: Fundamentals and Applications, William Andrew.
7. 7. Zhang, B., Zirath, H., 2016. Metallic 3-D Printed Rectangular Waveguides for Millimeter-wave Applications, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 6(5), 796-804.
8. 8. Yang, S., Fathy, A.E., 2005. Synthesis of a Compound T-junction for a Two-way Splitter with Arbitrary Power Ratio, Microwave Symposium Digest, 2005 IEEE MTT-S International.

9. 9. Sehm, T., Lehto, A., Raelsaenen, A., 1997. Matching of a Rectangular Waveguide T-junction with Unequal Power Division, Microwave and Optical Technology Letters, 14(3), 141-143.
10. 10. Yang, S., Fathy, A.E., 2009. Design Equations of Arbitrary Power Split Ratio Waveguide T-junctions using a Curve Fitting Approach, International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, 19(1), 91-98.
11. 11. Sehm, T., Lehto, A., Räisänen, A.V., A Large Planar 39 GHz Antenna Array of Waveguide-Fed Horns, IEEE Transactions on Antennas and Propagatıon Antennas, 46(8), 1189-1193.
12. 12. Milligan, T.A., 2005. Modern Antenna Design, John Wiley & Sons.