威尔金森功率分配器的设计和PCB布局
射频系统不能总是被设计以同样的方式作为数字系统或低频模拟系统。相反,一些组件必须创建为印花元素来提供所需的功能。这是可以理解的;一些射频组件太贵,不是board-mountable,或者他们根本不满足性能要求。
的一个常见的印刷互连元素用于射频系统是威尔金森功率分配器。这些印花元素背后的想法很简单:一个输入信号发送到功率分配器,沿着输出和分裂力量同样。虽然这些印花元素通常有两个输出设计,他们可以扩大到任意数量的输出在一些创造性的方式。我们来看看如何设计这些电路元素在本文中。
威尔金森功率分配器的设计开始
威尔金森分隔器基本上是构造成印花元素阻抗控制输电线路和终端电阻。这些结构旨在分裂力量均匀两个或多个输出端口之间在特定频率。
如果制作的标准印刷电路板材料,这些结构通常是放置在表层由于制造约束,我们会看到瞬间。两个示例威尔金森分配器结构如下所示。
两个威尔金森功率分配器结构操作大约在2 GHz。【来源:节奏]
在这个设计中,我们有一个输入端口(左边)和两个输出端口(右边)。有电阻桥的两个输电线路输出端口。标准的威尔金森功率分配器结构旨在有以下性能特点:
- 设备操作仅1的频率
- 输入功率在所有输出端口应该平分秋色
- 结构中的每个输电线路必须有特定的阻抗值
- 终端电阻器必须忽略寄生在操作频率
- 输出端口之间的相位差应该是零
- 电路应该是互惠的,虽然它不会以这种方式操作
标准的威尔金森功率分配器的基本拓扑如下所示。分频器设计可以达到一个特定的输入传输线的特性阻抗在端口1。
标准威尔金森功率分配器的设计。
每一个狭窄的输电线路的腿在这个电路后,部门是一个四分之一波长转换器在操作频率,但它是设计略大的阻抗与传输线的特性阻抗在端口1。终端电阻器设置端口1的输入阻抗等于特性阻抗Z0。这就确保了在每个端口相移是一致的,在输入端口,并抑制反射。
N-port权力分规
上面的2个拓扑原则上可以扩展到N端口。只是作为一个例子,考虑3端子Wiklinson功率分配器拓扑如下所示:
3端子威尔金森功率分配器。
这种模式可以扩展到任意数量的端口,但是随着N的比例因子(而不是3)线路阻抗和电阻的值。这种设计的挑战在PCB板空间最终会限制可能的端口的数量。此外,每个端口减少了功率因素(1 / N),并最终有可能不够有用的力量后分裂。
双频电源分规
标准威尔金森功率分配器运作在一个频率,但有变化设计操作在两个频率。这些双频电源分规过滤器利用或反射存根威尔金森标准2分频器。这种类型的设计中使用的拓扑如下所示。
双频威尔金森2功率分配器。
上述设计在IEEE论文讨论:
级联威尔金森权力分规
也可以级联威尔金森权力分规。换句话说,一个威尔金森分配器的输出可以连接到另一个分频器的输入。这允许一个信号被分成3 x信号,4 x信号,等等。一个示例拓扑与2个威尔金森分规如下所示。
级联威尔金森功率分配器拓扑。
在这种情况下,我们把每个功率分配器和设计它,就好像它是孤立地运作。因为第一功率分配器是一个2分频器,我们不担心下游电力分隔器由于阻抗匹配应用于输出端口。
只要有非常精确阻抗匹配之间的输入和输出端口的功率分配器链,那么,唯一的损失是由于插入损耗功率分配器的每个手臂。在的情况下,电力部门(或一小部分比例)将乘法正如我们所期望的。在N级联电力分隔器的情况下,我们也必须级联的参数来确定总参数矩阵,但记住的参数并不总是乘直。
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