Analysis of cross-talk and discontinuity problems in microstrip lines

Abstract

ABSTRACT: In this thesis, microstrip line problems such as crosstalk and discontinuity that may occur in the microwave circuits have been studied in line with the literature and simulations have been carried out by using FEKO 5.5 full wave simulation software. The crosstalk problem is studied in three sections. The first section deals with the effect of placing rectangular trace between the strips, which is connected to the ground. With the proposed design 7dB of reduction has been observed in the Far-End crosstalk (FEXT). In the second section, perpendicular rectangular metals with Via fences connected to the Guard trace (RVG) have been used and FEXT enhancement of 7dB was observed. In the last section, Cross shape metals with via fence were connected by Guard trace (CVG) and The FEXT was reduced by 8dB. The results are compared with spacing rule results for S = 3W. The discontinuity problem that occurs in right angle and step-width microstrip lines may be reduced by two types of chamfered methods. i.e. angle chamfered and tapered chamfered methods. In this study, a novel design has been applied to reduce the discontinuity problem by using tapered line on both sides of transmission lines. Simulation results show an improvement in reflection coefficient for 23 GHz (7-30) GHz bandwidth (BW) when compared with the step-width without chamfered. For the bend discontinuity, it was found out that the improvement in the reflection coefficient with a 70% chamfered ratio compared with 50% ratio is about 4dB for 70 GHz BW. Keywords: Coupling, FEXT, NEXT, Microstrip discontinuity, FEKO, RVG, CVG, Chamfer, taper, Via fence. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Bu tez çalışmasında, mikroşerit devrelerdeki iletim hatlarında görülen çapraz girişim ve kesintilerden oluşan problemler ele alınmış; FEKO 5.5 yazılım paketi ile benzetişim yapılmış ve sonuçlar yayınlanmış sonuşlarara gore değerlendirilmiştir. Çapraz girişimle ilgili çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Öncelikle, iki şerit arasına, referans metale temas edecek şekilde metal bar yerleştirilerek bir çalışma yapılmıştır. Daha sonra, iki mikrpşerit arasına yerleştirilmiş şerite, dik (dielektrik içerisine konmuş) silindirik yapılı metalik korumanın etkisi incelenmiştir.Önerilen şerit uzunluğu ve bağıl permitivite için FEXT değerinde 7dB’lik azalma görülmüştür. İkinci çalışmada, önceki tasarıma ek olarak şerit düzleminde metal dikdörtgen (RGV) eklenmiş ve FEXT değerinde 7dB’lik, dikdörtgen yerine çapraz şeritler kullanıldığı zaman ise 8dB’lik azalma tespit edilmiştir. Bu değerlendirme, şeritler arası mesafenin, şerit genişliğinin üç katı olduğu durumla karşılaştırılmıştır. Ayrıca, mikroşerit iletim hatlarındaki dik açılı kıvrık ve merdiven türü genişleyen kesintilerden kaynaklanan empedans uyum sorunları,iki tür mikroşerit kesinti (chamfered) yöntemi ile azaltılmıştır; açı kesit ve konik kesit. Kesinti problemini azaltmak için mikroşeritin her iki yanına konik yöntemi ile empedans uyumlaması yapılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre, merdiven türü genişlemeli iletim hatlarına uygulanan kesintili uygumlaştırma yönteminin kesintisize göre 23GHz’(7-30) GHz lik BW için, yansıma katsayısı bakımından daha iyi olduğu görülmüştür. Kıvrık kesintili şeritlerde ise 70GHz BW için yansıma katsayısının 70%’lik oyuk oranıda, 50%’ye gore 4dB’lik bir iyileşme tesbit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: çabraz girişim, FEXT, NEXT, kesintili mikroşerit, FEKO, RVG, CVG kesit, konik, metalik koruma yolu (via fence).