Divizorul de putere Wilkinson

Element principal: divizoare de putere și cuplaje direcționale .

Divizor de putere în tehnologia microstrip

În domeniul ingineriei cu microunde și al proiectării circuitelor, divizorul de putere Wilkinson este o clasă specifică de circuit divizor de putere capabil să realizeze izolarea între porturile de ieșire menținând în același timp o condiție potrivită pe toate ușile. Proiectul Wilkinson poate fi folosit și ca combinator de putere, deoarece este alcătuit din componente pasive și, prin urmare, reciproce (adică comportamentul reversibil prin inversarea direcției). Publicat pentru prima dată de Ernest J. Wilkinson în 1960, ^[1] acest circuit este utilizat pe scară largă în sistemele de comunicații cu frecvență radio care utilizează mai multe canale, deoarece gradul ridicat de izolare între porturile de ieșire previne fenomene de diafragmă între canalele individuale.

Divizorul de putere Wilkinson folosește transformatoare de sfert de undă , care pot fi fabricate cu ușurință ca linii de sfert de undă pe plăci de circuite imprimate . Este, de asemenea, posibil să se utilizeze alte forme de linii de transmisie (de exemplu, un cablu coaxial) sau de elemente de circuit constant blocate (inductoare și condensatoare). ^[2]

Teorie

Imagine care arată ieșirea tipică așteptată de la un divizor de putere Wilkinson. Parametrii

S_{21},S_{31}

{\ displaystyle S_ {21}, S_ {31}}

{\ displaystyle S_ {21}, S_ {31}}

sunt aproape egale cu -3 dB și parametrul

S_{11}

{\ displaystyle S_ {11}}

{\ displaystyle S_ {11}}

este scăzut în apropierea frecvenței de proiectare.

Imaginea prezintă o izolare foarte mare între porturile de ieșire (porturile 2 și 3) ale unui divizor de putere Wilkinson

Parametrii de împrăștiere pentru cazul obișnuit al unui divizor de putere Wilkinson cu 2 căi care împarte puterea în părți egale la frecvența de proiectare sunt dați de ^[3]

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

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

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

O analiză a matricei S relevă faptul că rețeaua este reciprocă ( $S_{ij}=S_{ji}$ ${\ displaystyle S_ {ij} = S_ {ji}}$ ${\ displaystyle S_ {ij} = S_ {ji}}$ ), că terminalele sunt adaptate ( $S_{11},S_{22},S_{33}=0$ ${\ displaystyle S_ {11}, S_ {22}, S_ {33} = 0}$ ${\ displaystyle S_ {11}, S_ {22}, S_ {33} = 0}$ ), că terminalele de ieșire sunt izolate ( $S_{23},S_{32}$ ${\ displaystyle S_ {23}, S_ {32}}$ ${\ displaystyle S_ {23}, S_ {32}}$ = 0) și că obținem împărțirea puterii în părți egale ( $S_{21}=S_{31}$ ${\ displaystyle S_ {21} = S_ {31}}$ ${\ displaystyle S_ {21} = S_ {31}}$ ). Matricea neunitară rezultă din faptul că rețeaua are pierderi. Cu un separator ideal Wilkinson pe care l-ați avea $S_{21}=S_{31}=-3\,{\text{dB}}=20\log _{10}({\frac {1}{\sqrt {2}}})$ ${\ displaystyle S_ {21} = S_ {31} = - 3 \, {\ text {dB}} = 20 \ log _ {10} ({\ frac {1} {\ sqrt {2}}})}$ ${\ displaystyle S_ {21} = S_ {31} = - 3 \, {\ text {dB}} = 20 \ log _ {10} ({\ frac {1} {\ sqrt {2}}})}$ .

Teoremele rețelei afirmă că un divizor nu poate îndeplini toate cele trei condiții (să fie adaptat, reciproc și fără pierderi) în același timp. Divizorul lui Wilkinson satisface primele două (potrivire și reciprocitate) și nu poate satisface ultimul (absența pierderilor). Prin urmare, pierderile apar în rețea.

Nu există pierderi atunci când semnalele de la porturile 2 și 3 sunt în fază și au amplitudine egală. În cazul zgomotului de intrare la porturile 2 și 3, nivelul de zgomot la portul 1 nu crește, jumătate din puterea de zgomot este disipată în rezistor.

În cascadă, puterea de intrare ar putea fi împărțită la orice număr $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ de ieșiri.

Diviziune inegală / asimetrică prin divizorul Wilkinson

Dacă brațele pentru porturile 2 și 3 sunt conectate cu impedanțe inegale, atunci se poate obține o împărțire asimetrică a puterii. Când impedanța caracteristică este $Z_{0}$ ${\ displaystyle Z_ {0}}$ ${\ displaystyle Z_ {0}}$ , vrem să împărțim puterea ca $P_{2}$ ${\ displaystyle P_ {2}}$ $P _ {{2}}$ Și $P_{3}$ ${\ displaystyle P_ {3}}$ ${\ displaystyle P_ {3}}$ , Și $P_{2}$ ${\ displaystyle P_ {2}}$ $P _ {{2}}$ ≠ $P_{3}$ ${\ displaystyle P_ {3}}$ ${\ displaystyle P_ {3}}$ , atunci proiectarea poate fi obținută urmând ecuațiile.

O nouă constantă $K.$ ${\ displaystyle K}$ $K.$ este definit pentru ușurința exprimării, cu $K^{2}={\frac {P_{3}}{P_{2}}}$ ${\ displaystyle K ^ {2} = {\ frac {P_ {3}} {P_ {2}}}}$ ${\ displaystyle K ^ {2} = {\ frac {P_ {3}} {P_ {2}}}}$

Impedanțele sunt diferite în cele două ramuri pentru a obține o împărțire inegală a puterii. Impedanțele de ieșire ale celor două ramuri sunt, de asemenea, diferite.

Deci, ghidul de proiectare este ^[3] :
$Z_{02}=Z_{0}{\sqrt {\frac {1+K^{2}}{K^{3}}}}$ ${\ displaystyle Z_ {02} = Z_ {0} {\ sqrt {\ frac {1 + K ^ {2}} {K ^ {3}}}}}$ ${\ displaystyle Z_ {02} = Z_ {0} {\ sqrt {\ frac {1 + K ^ {2}} {K ^ {3}}}}}$
$Z_{03}=Z_{0}{\sqrt {K(1+K^{2})}}=K^{2}Z_{02}$ ${\ displaystyle Z_ {03} = Z_ {0} {\ sqrt {K (1 + K ^ {2})}} = K ^ {2} Z_ {02}}$ ${\ displaystyle Z_ {03} = Z_ {0} {\ sqrt {K (1 + K ^ {2})}} = K ^ {2} Z_ {02}}$

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

Divizorul lui Wilkinson care împarte puterea în părți egale se obține prin $K=1$ ${\ displaystyle K = 1}$ ${\ displaystyle K = 1}$ .

Notă

^ EJ Wilkinson, "Un N-way Power Divider", IRE Trans. despre teoria și tehnicile microundelor , vol. 8, p. 116-118, ianuarie 1960, doi: 10.1109 / TMTT.1960.1124668
^ Prezentare generală și elemente esențiale ale combinatorului despărțitor Wilkinson , la radio-electronics.com . Adus la 6 februarie 2013 .
^ ^a ^b DM Pozar, Microwave Engineering , Ediția a treia, John Wiley & Sons: New York, 2005

linkuri externe

Calculator online Wilkinson Power Split
Calculator de împărțire a puterii rezistive online
Calculator de împărțire a puterii coaxiale online
Tutorial Wilkinson divizor de putere cu alte pagini divizor de putere / combinator

Portal electronic

Portal de știință și tehnologie

[1] EJ Wilkinson, "Un N-way Power Divider", IRE Trans. despre teoria și tehnicile microundelor , vol. 8, p. 116-118, ianuarie 1960, doi: 10.1109 / TMTT.1960.1124668

[2] Prezentare generală și elemente esențiale ale combinatorului despărțitor Wilkinson , la radio-electronics.com . Adus la 6 februarie 2013 .

[ref_A-3] DM Pozar, Microwave Engineering , Ediția a treia, John Wiley & Sons: New York, 2005

[1]

[2]

[3]

V · D · M Componente electronice și electrice
Dispozitiv semiconductor	Circuit integrat · CMOS · Diodă ( avalanșă · DIAC · PIN · Schottky · Varicaps · LED · Triac · Zener ) · dispozitiv multiport · FET · Un fotodetector (SCR) · JFET · memristor · MOSFET ( putere ) · Transistor ( Tiristor · Transistor bipolar de joncțiune (BJT) · Tranzistor Darlington · tranzistor bipolar cu poartă izolată · Unistor de tranzistor
Regulator de voltaj	Convertor Boost · dolar Convertor · convertor Buck-boost · Convertor Cuk · Convertor Sepic · pompa de încărcare · regulator liniar
Tub de vid	Fotomultiplicator · Tub Foto · Gyrotron · clistron · magnetron · Maser · Nuvistor · tetroda · Călătorind tub val · tub Williams
Tub cu raze catodice (CRT)	Iconoscop · Monoscopio · Magic Eye · Tub pentru camere
Conductă de gaz plină	Cu catod rece lămpi fluorescente (CCFL) · Crossatron · Dekatron · GM · ignitrons · krytron · Lampa neon · Nixie · Rectifier mercur · tiratronice · Trigatron
Dispozitiv pasiv	Conectori (conector electric · Conectori RF ) · Cablu electric · Sârmă · Întrerupător de circuit · întrerupător · Potențiometru · Rezistor · termistor · Transformator · Varistor
Reactanţă	Condensator · Inductor · Comutator cu mercur · Oscilator de cristal · Releu