Делитель мощности Уилкинсона

Делитель мощности по микрополосковой технологии

В области микроволновой техники и проектирования схем делитель мощности Wilkinson представляет собой особый класс схемы делителя мощности , который может обеспечить изоляцию между выходными портами, сохраняя при этом согласованное состояние на всех портах. Конструкция Уилкинсона также может использоваться в качестве сумматора мощности, поскольку она состоит из пассивных компонентов и, следовательно, является взаимной. Впервые опубликовано Эрнестом Дж. Уилкинсоном в 1960 году. ^{[ 1 ]} эта схема находит широкое применение в системах радиочастотной связи, использующих несколько каналов, поскольку высокая степень изоляции между выходными портами предотвращает перекрестные помехи между отдельными каналами.

В нем используются четвертьволновые трансформаторы , которые можно легко изготовить в виде четвертьволновых линий на печатных платах . Также возможно использовать другие формы линий передачи (например, коаксиальный кабель) или элементы схемы с сосредоточенными параметрами (индукторы и конденсаторы). ^{[ 2 ]}

Теория

На рисунке показана очень высокая изоляция между выходными портами (порты 2 и 3) делителя мощности Wilkinson.

Параметры рассеяния для общего случая двухполосного делителя мощности Уилкинсона с равным разделением на расчетной частоте определяются выражением ^{[ 3 ]}

[S]={\frac {-j}{\sqrt {2}}}{\begin{bmatrix}0&1&1\\1&0&0\\1&0&0\\\end{bmatrix}}

Проверка матрицы S показывает, что сеть взаимна ( $S_{ij}=S_{ji}$ ), что клеммы согласованы ( $S_{11},S_{22},S_{33}=0$ ), что выходные клеммы изолированы ( $S_{23},S_{32}$ =0), и достигается равное разделение мощностей ( $S_{21}=S_{31}$ ). Неунитарная матрица возникает из-за того, что сеть имеет потери. Идеальный делитель Уилкинсона даст $S_{21}=S_{31}=-3\,{\text{dB}}=20\log _{10}({\frac {1}{\sqrt {2}}})$ .

Сетевая теорема гласит, что делитель не может одновременно удовлетворять всем трем условиям (совпадение, взаимность и отсутствие потерь). Делитель Уилкинсона удовлетворяет первым двум (согласованным и обратным) и не может удовлетворять последнему (без потерь). Следовательно, в сети происходят некоторые потери.

Никаких потерь не происходит, когда сигналы на портах 2 и 3 находятся в фазе и имеют одинаковую величину. При подаче шума на порты 2 и 3 уровень шума на порте 1 не увеличивается, половина мощности шума рассеивается на резисторе.

При каскадировании входная мощность может быть разделена на любую $n$ -количество выходов.

Неравное/асимметричное деление через делитель Вилкинсона

Если плечи портов 2 и 3 подключены с неравными импедансами, то можно добиться асимметричного разделения мощности. Когда характеристическое сопротивление $Z_{0}$ , и кто-то хочет разделить власть как $P_{2}$ и $P_{3}$ , и $P_{2}$ ≠ $P_{3}$ , то расчет можно создать по уравнениям:

Новая константа $K$ определяется для простоты выражения, где $K^{2}={\frac {P_{3}}{P_{2}}}$

Тогда руководство по проектированию ^{[ 4 ]}:
$Z_{03}=Z_{0}{\sqrt {\frac {1+K^{2}}{K^{3}}}}$
$Z_{02}=Z_{0}{\sqrt {K(1+K^{2})}}=K^{2}Z_{03}$

$R=Z_{0}(K+{\frac {1}{K}})$

Равноразделительный делитель Уилкинсона получен для $K=1$ .

См. также

Делители мощности и направленные ответвители

Ссылки

^ Э. Дж. Уилкинсон, «N-образный делитель мощности», IRE Trans. по теории и технике СВЧ , вып. 8, с. 116-118, январь 1960 г., номер документа: 10.1109/TMTT.1960.1124668.
^ «Обзор и основные характеристики делителя-разделителя-комбайнера Wilkinson» . Радио-электроника.com . Проверено 6 февраля 2013 г.
^ Д. М. Позар, Микроволновая техника , третье издание, John Wiley & Sons: Нью-Йорк, 2005 г.
^ Д. М. Позар, Микроволновая техника , третье издание, John Wiley & Sons: Нью-Йорк, 2005 г.

Внешние ссылки

Онлайн-калькулятор разделения мощности Уилкинсона
Онлайн-калькулятор разделения резистивной мощности
Онлайн-калькулятор распределения мощности по коаксиальному кабелю
Учебное пособие по делителю мощности Wilkinson с другими страницами делителей/объединителей мощности
Пример делителя мощности Уилкинсона с сосредоточенными элементами

[1] Э. Дж. Уилкинсон, «N-образный делитель мощности», IRE Trans. по теории и технике СВЧ , вып. 8, с. 116-118, январь 1960 г., номер документа: 10.1109/TMTT.1960.1124668.

[2] «Обзор и основные характеристики делителя-разделителя-комбайнера Wilkinson» . Радио-электроника.com . Проверено 6 февраля 2013 г.

[3] Д. М. Позар, Микроволновая техника , третье издание, John Wiley & Sons: Нью-Йорк, 2005 г.

[4] Д. М. Позар, Микроволновая техника , третье издание, John Wiley & Sons: Нью-Йорк, 2005 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]