Splitter带隔离电阻的功分器。碎片三分钟,收获丢失。
射频微波板上的并馈功分器有时有隔离电阻,有时没有隔离电阻,原因是什么?如下图所示。
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需要明确的是,带隔离电阻会导致两条分道扬镳的微带线再次到达隔离电阻的两端,所以两条支路都是 U形状,如上图左侧所示,导致微带线长度增加,从而增加插入损坏、面积、成本、故障率等缺点。因此,隔离电阻必须是一个无助的方案,方案阶段应遵循一个原则:没有隔离电阻就没有隔离电阻。
隔离电阻可以吸收一次反射,从而减少反射信号沿功分合路网络到处运行。随机运行的信号会影响其他分路端的范围相位(指相关信号)或信噪比(指非相关信号)。
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如上图所示,从左路端进入的蓝色信号通过隔离电阻连续通过两段1/4波长阻抗变换器,同时从左路端进入的红色信号也达到隔离电阻。这两个信号的路径差正好是两个部分的1/4波长,即1/2波长。1/2波长意味着信号相位为180度,具有反相抵消效果,导致右路端无信号,即左右端口之间的隔离。
对于窄带等功能,只需在012_Splitter:T等功分的形节T只需在形节后面添加100欧元的隔离电阻即可。
但是对于不等功分来说,不能在那里T由于隔离电阻增加,在形节上添加隔离电阻如此简单T形节的功分比变了!
想了很久,岛主觉得从下面的对比图可以更容易理解:
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上图左图不等分T考虑到功率分配功能,形节没有隔离电阻,信号从合路端进入T形节分为两条路经过Z2和Z3,到达U2和U3附近,最后到达两个分路端(分路端阻抗都是Z0)。由于Z2 ≠ Z3,所以U2≠ U3.如果像右图一样随意添加隔离电阻,则意味着电阻上有电流流过!这意味着功率损失,功率比也发生了变化!
右图微带功分器必须有限制:在功率分配场景中,隔离电阻不允许有功率损耗。
U2= U3
如果不等功分,就意味着Z2≠ Z三、种阻抗之间的关系是:
P2 * Z2e = P3 * Z3e --------------⑴
正如《012_Splitter:T形节所述,Z2e和Z3e表示从T分别看两个分支的等效阻抗。
上图分路端的阻抗不同。左图分路端可以连接Z0.右图分路端只能连接。Z2和Z3.隔离电阻两端电压相等U2= U3。
根据《012_Splitter:T形节所述的分路端口阻抗也必须是Z因此,上图右图应改为下图完整:
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其中,Z4e是从隔离电阻上端向右看过去的等效阻抗,这个等效阻抗Z4e阻抗分路端口Z0=50欧匹配,Z四是1/4波长阻抗变换器,因此有下式设置:
Z4= sqrt(Z4e * Z0 ) ---------------⑵
同样,考虑另一个支路:
Z5= sqrt( Z5e * Z0 ) ----------------⑶
假设功分比为K2:
P3/ P2 = K2 -------------------⑷
此外,在功率分配场景中,T两个分支的等效阻抗并联值必须等于合路端的阻抗Z0.匹配:
Z2e// Z3e = Z0 -------------------⑸
联立⑴⑷⑸,易于推导:
Z2e =(1 K2 )* Z0 ------------------⑹
Z3e =((1 K2 )/ K2)* Z0----------------⑺
然后观察上图。信号通过两段1/4波长阻抗匹配线从合路端到两个分路端,但理论上只需要一段阻抗匹配线。这意味着微带线的阻抗可以人为设置——相当于一个方程和两个未知数。
这为工程中的物理实现提供了很大的自由!可以这样设置:
Z4e = K * Z0 ---------------⑻
Z5e = ( 1/K ) * Z0--------------⑼
因此,4段1/4阻抗匹配微带线不会太粗或太细Z0宽度附近。
这种设置可以使隔离电阻两端的电压相等!
P2 * Z4e = P3 * Z5e ----------这个公式不给标号,因为它自然符合要求⑷⑻⑼。
Z2自然就是Z2e和Z4e1/4阻抗匹配线,Z3是Z3e和Z4e阻抗匹配线:
Z2 = sqrt ( Z4e * Z2e)--------------⑽
Z3 = sqrt ( Z5e * Z3e)---------------⑾
联立⑹⑺⑻⑼⑽⑾,容易得到:
R按下式取值,就能符合隔离要求:
R = Z4e Z5e =( K 1/K )* Z0
化简得到:
假设K2 =二、代入上述各种类型:
Z2= 102.98欧
Z3= 51.49欧
Z4= 59.46欧
Z5= 42.04欧
R= 106.05欧
建立以下模拟电路图:
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模拟获得的隔离度和功分如下:
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2GHz频点的隔离度高达1000dB,分路端口的功率差正好相差3dB。
看看合路端口的回波损失:
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这也很完美。
证明公式推导过程正确。
出品|EDA365
作者|何平华先生
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