Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов

Делители мощности

Обеспечивают равную амплитуду и равную фазу разделения сигнала. Классическая схема работы делителя выглядит так: входной сигнал на порт 1 делится поровну между выходными портами 2 и 3. В резистивном типе устройств мощность выходных сигналов ниже, чем входящего, находятся в фазе. Потери вызваны падением напряжения.

В делителях мощности Уилкинсона выход сигналов на 3 дБ ниже входного и они также находятся в фазе. Это означает, что сдвиг между выходами 0º. Преимущества этого типа устройств – меньшие потери мощности, лучшая изоляция портов.

Муфты

От делителей отличаются тем, что создают фазовый сдвиг между выходными сигналами. Муфты обеспечивают неравномерное разделение мощности входящего сигнала. Их функция – отбор части мощности (в диапазоне от 0,01% до 25%) сигнала. При этом потери минимальные. Поэтому направленные ответвители чаще всего используются для измерения мощности.

Производительность достигается за счет точности коаксиально-полосковых переходов и алгоритма оптимизации. Направленные ответвители лучше всего подходят для систем, где нужно неравномерное разделение сигнала. Эту функцию могут выполнять делители Уилкинсона при ассиметричной компоновке. Но такое исполнение для этого типа устройств – редкость.

Направленные муфты Microstrip

В этих устройствах 2 параллельные линии микрополос расположены близко друг к другу. Это приводит к пересечению их полей. Поэтому сигнал, который проходит по одной линии, возбуждает волну в другой.

Поля связанной линии могут быть представлены как суперпозиция четного и нечетного режима. В первом случае токи линий равны и находятся в одном направлении, во втором, – они равны, но в противоположных направлениях. Связанная линия может быть представлена с сопротивлением в четном режиме Z 0еи нечетный характерный импеданс Z 0о.

Направленные муфты Waveguide

В этих устройствах на небольшом расстоянии друг от друга располагаются металлические волноводы прямоугольной формы. Если коэффициенты сцепления невелики, поля в нижней волновой направляющей в обоих отверстиях имеют почти равные амплитуды.

Ферритовые устройства

Изготавливаются из керамических материалов, которые обладают высокой удельной способностью, характеризуются не взаимностью при включении в магнитное поле. Этими свойствами обладают такие ферритовые устройства, как:

• изоляторы;
• циркуляторы;
• аттенюаторы;
• фазовые переключатели;
• модуляторы.

У ферритов большее удельное сопротивление, чем у обычных металлов. Они удерживают намагниченности при удалении источника поля.

Ответвители

Устройства используются для отведения части мощности одной из волн. Это делается с помощью волновода прямоугольной формы. Ответвители комплектуются четырьмя такими элементами. Они связаны с волноводными плечами. Первое плечо рассчитано на согласованную нагрузку, второе, – на вспомогательную. Третье и четвертое отводят часть мощности. В зависимости от конфигурации, устройства делятся на следующие типы:

• квадратурные пополамные;
• делители бегущей волны с разным количеством выходов;
• модели высокой мощности (до 2 кВт);
• направленные;
• широкополосные.

К минусам ответвителей относят узкополосность рабочих элементов, недостаточная величина направленности при небольшом количестве отверстий связи. При увеличении их количества само устройство становится больше, усложняется производство устройства. Это ограничивает использование ответвителей, они непригодны для установки в простое оборудование небольших размеров.

Характеристики делителей мощности и ответвителей

Специфика применения устройств зависит от их конфигурации. Она определяет изоляцию выходов, амплитудный, фазовый баланс, внутренне рассеивание мощности. Характеристики также зависят от материалов, которые используются для производства делителей и ответвителей.

Коэффициент разделения или связи

Это соотношение входной и выходной мощности. Оно определяется по меньшему показателю выходной мощности. Обычно устройства создаются для равномерного ее разделения между портами. Если их 3, то соотношение составит по 33%.

Относительный фазовый сдвиг

Существуют различные схемы фазирования:

• 0º;
• 90º – квадратурная;
• 180º – дифференциальная.

Зачастую дифференциальная схема используется при производстве устройств под заказ. Она применяется в трансформаторах для распределения сигнала между двумя портами. Они отличаются тем, что не обеспечивают изоляцию выходов.

Трансформаторы с дифференциальной схемой фазирования используются в балансных усилителях. Производятся сверхширокополосные устройства, работающие в диапазоне от 200 кГц до 6 ГГц. Они применяются совместно с высокоскоростными аналогами.

Амплитуда пульсации

Определяет, насколько хорошо делитель поддерживает отношение амплитуд в заданной полосе пропускания. В идеале амплитуда пульсации должна равняться 0. Но реальные показатели варьируются от сотых долей дБ до более, чем 1 дБ.

При этом неравномерность амплитуды компенсируется пропускной способностью. Это означает, что у устройства 2–8 ГГц может быть пульсация 0,3 дБ, а у модели 2–18 ГГц, – 0,7 дБ. У делителей равномерность амплитуды лучше, чему у ответвителей.

Фазовый баланс

Это дифференциальный фазовый сдвиг между двумя выходами. Подобно амплитудному, он применяется к равным компонентам выходной мощности. При увеличении частоты ухудшается фазовый баланс. У большинства типов делителей и ответвителей он составляет несколько градусов.

Вносимые потери

Для делителя мощностью 3 дБ вносимые потери составляют 0,5 дБ. Это означает, что для входного сигнала 0 дБм 2 вносимые потери выходных сигналов будут примерно равны по -3,5 дБм для каждого. Они вызваны отражением, диэлектрическим поглощением, излучением, потерями в проводнике. У широкополосных конструкций зачастую вносимые потери выше. Это связано с большей физической длиной, шероховатостью поверхности дорожек печатных плат и отражением.

Фазовая пульсация

Подобно амплитудной неравномерности, фазовая соответствует тому, насколько хорошо константа сохраняется при относительном сдвиге по всей полосе пропускания устройства. У хорошо спроектированных делителей и муфт фазовая пульсация не превышает нескольких градусов.

Обычно, чем выше рабочая частота, тем труднее поддерживать постоянную фазовую пульсацию. Погрешность в основном вызвана малой длиной линии передачи, асимметрией между двумя портами. Она увеличивается при недостаточном согласовании КСВ выходов.

Для обеспечения бесперебойной работы сетей, оборудования в штатном режиме, выбирайте делители и ответвители, которые соответствуют отраслевым нормативам. Чтобы подобрать подходящие модели, воспользуйтесь опытом специалистов.