Wilkinsonův dělič síly - Wilkinson power divider

Dělič výkonu v technologii mikropásků

V oblasti mikrovlnná trouba inženýrství a návrh obvodů, Oddělovač síly Wilkinson je specifická třída dělič síly obvod, který může dosáhnout izolace mezi výstupními porty při zachování shodného stavu na všech portech. Wilkinsonův design lze také použít jako kombinátor výkonu, protože je tvořen pasivní komponenty a tedy vzájemně. Poprvé publikoval Ernest J. Wilkinson v roce 1960,^[1] tento obvod najde široké použití v rádiová frekvence komunikační systémy využívající více kanálů, protože brání vysoký stupeň izolace mezi výstupními porty přeslech mezi jednotlivými kanály.

Využívá to čtvrtvlnné transformátory, které lze snadno vyrobit jako čtvrtvlnné čáry desky plošných spojů. Je také možné použít jiné formy přenosového vedení (např. Koaxiální kabel) nebo prvky soustředěného obvodu (induktory a kondenzátory).^[2]

Teorie

Obrázek ukazuje typický výstup očekávaný od děliče výkonu Wilkinson. The ${ displaystyle S_ {21}, S_ {31}}$ jsou téměř -3 dB a ${ displaystyle S_ {11}}$ je nízká poblíž návrhové frekvence.

Obrázek ukazuje velmi vysokou izolaci mezi výstupními porty (porty 2 a 3) děliče výkonu Wilkinson

The rozptylové parametry pro běžný případ 2-cestného děliče Wilkinsonova děliče se stejným rozdělením na návrhové frekvenci je dán vztahem^[3]

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

Inspekce S matice ukazuje, že síť je vzájemná (${ displaystyle S_ {ij} = S_ {ji}}$), že terminály jsou spárovány (${ displaystyle S_ {11}, S_ {22}, S_ {33} = 0}$), že výstupní svorky jsou izolované (${ displaystyle S_ {23}, S_ {32}}$= 0), a je dosaženo stejného dělení výkonu (${ displaystyle S_ {21} = S_ {31}}$). Non-unitární matice vyplývá ze skutečnosti, že síť je ztrátová. Ideální Wilkinsonův dělič by se podvolil ${ displaystyle S_ {21} = S_ {31} = - 3 , { text {dB}} = 20 log _ {10} ({ frac {1} { sqrt {2}}})}$.

Věta o síti určuje, že dělič nemůže splnit všechny tři podmínky (shodné, vzájemné a bez ztráty) současně. Dělič Wilkinson splňuje první dva (shodné a vzájemné) a nemůže uspokojit poslední (bez ztráty). Proto v síti dochází ke ztrátám.

Pokud jsou signály na portech 2 a 3 ve fázi a mají stejnou velikost, nedojde ke ztrátě. V případě vstupu šumu na porty 2 a 3 se hladina hluku na portu 1 nezvyšuje, polovina šumového výkonu se rozptýlí v rezistoru.

Kaskádováním lze vstupní výkon rozdělit na libovolný ${ displaystyle n}$-počet výstupů.

Nerovnoměrné / asymetrické dělení prostřednictvím děliče Wilkinsona

Pokud jsou ramena pro port 2 a 3 spojena s nerovnými impedancemi, lze dosáhnout asymetrického rozdělení výkonu. Pokud je charakteristická impedance ${ displaystyle Z_ {0}}$, a jeden chce rozdělit moc jako ${ displaystyle P_ {2}}$ a ${ displaystyle P_ {3}}$, a ${ displaystyle P_ {2}}$ ≠ ${ displaystyle P_ {3}}$, pak lze design vytvořit podle rovnic:

Nová konstanta ${ displaystyle K}$ je definován pro snadné vyjádření, kde ${ displaystyle K ^ {2} = { frac {P_ {3}} {P_ {2}}}}$

Impedance se ve dvou větvích liší, aby se dosáhlo nerovnoměrného rozdělení síly. Výstupní impedance obou větví se také liší.

Pak je návrhová směrnice^[4]:
${ displaystyle Z_ {02} = Z_ {0} { sqrt { frac {1 + K ^ {2}} {K ^ {3}}}}}$
${ displaystyle Z_ {03} = Z_ {0} { sqrt {K (1 + K ^ {2})}} = K ^ {2} Z_ {02}}$

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

Rovnoměrně dělený Wilkinsonův dělič je získán pro ${ displaystyle K = 1}$.

Viz také

• Rozdělovače výkonu a směrové vazební členy

Reference

externí odkazy

• Online kalkulačka rozdělení výkonu Wilkinson
• Online kalkulačka odporového rozdělení výkonu
• Online kalkulačka rozdělení koaxiálního výkonu
• Výukový program děliče síly Wilkinson s dalšími stránkami děliče / slučovače výkonu