Делитель мощности, аналог Wilkinson, но без резистора, (в микрополосковом исполнении) Опции

[Neznayka]

Доброго времени суток, уважаемые форумщики.

Подскажите пожалуйста, есть варианты реализации делителя мощности (аналогичного Wilkinson divider), но без резистора?

Ломаю себе голову над тем, как можно осуществить деление мощности из 1 в 2, 4, 8 канала без применения SMD-компонентов, только печатной структурой.

По входу 50 Ом, на выходах около 50 Ом, все нагрузки имеют одинаковый импеданс. Деление должно происходить с одинаковыми фазами.
Центральная частота 50 ГГц, относительная полоса не более 5%. КСВН хотелось бы не больше 1,8 - 2.

Может, кто-то сталкивался с подобными задачами?

Буду благодарен за любые адекватные подсказки, статьи, идеи...

P.S. Линзу Ротмана не предлагать

[Proffessor]

Подскажите пожалуйста, есть варианты реализации делителя мощности (аналогичного Wilkinson divider), но без резистора?

Резистор в сплиттере Вилкинсона нужен лишь для обеспечения развязки между ветками, если он используется для суммирования или чтоб отраженная волна из одной ветки не попала в другую. Если собираетесь использовать как дивайдер (делитель мощности), просто считаете и делаете Вилкинсон, но просто резистор не ставите. При этом ветки должны быть нагружены на 50ом.

[Neznayka]

...просто считаете и делаете Вилкинсон, но просто резистор не ставите. При этом ветки должны быть нагружены на 50ом.

Спасибо. Я рассматривал такой вариант.
Думал, может, есть какое-то другое, более интересное и неочевидное решение.

[MapPoo]

Мы себе, для деления/суммации, во многослойной структуре балуны на роджерсе печатали. 4 слоя меди в итоге. На ~1.5 гига получался прямоугольник примерно 4-5 см на 2 см. Можете сюда покопать. Есть и резонансные варианты, обеспечивают гальваническую развязку входа балуна с выходом и прочие, прочие интересные вещи...

[VCO]

Думал, может, есть какое-то другое, более интересное и неочевидное решение.

Волноводные делители мощности?

[Aner]

Wilkinson_а тема интересная. А вот как быть если и делитель и сумматор нужен на этом Wilkinson_е. Простой пример RX/TX трансивер с разветвлением на две антенны (... как пример). При передаче (TХ) - деление мощности, при приеме (RX) - суммирование маломощных сигналов, ( с шумами как и полагается). Полоса не широкая, мощность не большая, согласование, ... те 50 Ом обеспечены. Вот как тут быть, нужен ли резистор?

В случае TC берете готовую микросхему (коих выпускают все кому не лень) и используете. Резистора там точно нет.

[Hale]

Доброго времени суток, уважаемые форумщики.

Подскажите пожалуйста, есть варианты реализации делителя мощности (аналогичного Wilkinson divider), но без резистора?

Ломаю себе голову над тем, как можно осуществить деление мощности из 1 в 2, 4, 8 канала без применения SMD-компонентов, только печатной структурой.

По входу 50 Ом, на выходах около 50 Ом, все нагрузки имеют одинаковый импеданс. Деление должно происходить с одинаковыми фазами.
Центральная частота 50 ГГц, относительная полоса не более 5%. КСВН хотелось бы не больше 1,8 - 2.

Может, кто-то сталкивался с подобными задачами?

Буду благодарен за любые адекватные подсказки, статьи, идеи...

P.S. Линзу Ротмана не предлагать

при абсолютно идеальном согласовании резистор вроде не нужен... но это уже согласованный тройник получится.
Еще можно делить синфазно мощность на резонаторе 0-моды... поскольку он требует сосред. элементов,а вы против, то придется рисовать планарные емкости и индукт.

[Neznayka]

Волноводные делители мощности?

Нет, интересны именно планарные решения. Точнее - микрополосковые структуры.

поскольку он требует сосред. элементов,а вы против, то придется рисовать планарные емкости и индукт.

Очень не хотелось бы, т.к. делитель делается для подключения антенн и как изменится ДН после применения планарных элементов не понятно.
Конечно, можно делать многослойную плату и разносить антенны и элементы тракта на разные стороны, но это сложнее, дольше и дороже.

[uve]

Нет, интересны именно планарные решения. Точнее - микрополосковые структуры.


Очень не хотелось бы, т.к. делитель делается для подключения антенн и как изменится ДН после применения планарных элементов не понятно.
Конечно, можно делать многослойную плату и разносить антенны и элементы тракта на разные стороны, но это сложнее, дольше и дороже.

Не понятно, что подразумевается под "неочевидным решением". Я так понял Вам нужен делитель(сумматор) для синфазной запитки антенн. Найдите проект любой многоэлементной антенной решётки на PCB и посмотрите на схему полосков запитки. Её задача выполнить равное деление мощности , обеспечить согласование и синфазность. Чаще Вы не увидите там чип элементов и планарных.
В чём конкретно трудность?
И какое отношение к ДН имеют планарные элементы, если они не нарушат синфазность запитки антенн?

Сообщение отредактировал uve - Dec 1 2017, 11:40

[Neznayka]

Не понятно, что подразумевается под "неочевидным решением".

Решение, о котором я не знаю

Я так понял Вам нужен делитель(сумматор) для синфазной запитки антенн. Найдите проект любой многоэлементной антенной решётки на PCB и посмотрите на схему полосков запитки. Её задача выполнить равное деление мощности , обеспечить согласование и синфазность. Чаще Вы не увидите там чип элементов и планарных.

Полностью с Вами согласен.

В чём конкретно трудность?

Спросил совета у старших товарищей, надеясь, что они могут предложить решение, которое не пришло мне в голову. Что-то простое и элегантное, а потому гениальное

И какое отношение к ДН имеют планарные элементы, если они не нарушат синфазность запитки антенн?

Был у меня опыт изготовления цепи согласования для антенны, где использовались планарные (печатные) элементы. ДН антенны изменилась. (Были использованы индуктивности в виде меандра достаточно большой электрической длины).

[uve]

Спросил совета у старших товарищей, надеясь, что они могут предложить решение, которое не пришло мне в голову. Что-то простое и элегантное, а потому гениальное

Простое: запитка каждой антенны через 0.25L полосковый трансформатор. Если их две, 50/100 Ом и далее полосковыми линиями 100 Ом равной длины объединяете - получаете 50 Ом. Если антенны три,то трансформатор 50/150 Ом и тремя 150 омными линиями к общему входу. Если антенны 4, то повторяете дважды первый вариант и т.д.
А чтобы планарные элементы не излучали, не нужно их располагать высоко над Ground.

[Neznayka]

Простое: запитка каждой антенны через 0.25L полосковый трансформатор. Если их две, 50/100 Ом и далее полосковыми линиями 100 Ом равной длины объединяете - получаете 50 Ом. Если антенны три,то трансформатор 50/150 Ом и тремя 150 омными линиями к общему входу. Если антенны 4, то повторяете дважды первый вариант и т.д.

Я тоже об этом думал, но технологически получаются недопустимые ширины (потому что антенн 8) и нет возможности реализовать нужные импедансы.

[felix2]

Neznayka

На случай, если антенны, о которых идет речь, достаточно узкополосные, то можно рассмотреть вариант с балуном плюс полуволновый отрезок в одном плече для выравнивания фаз. В этом случае значительно упрощается трансформация сопротивлений. Сразу имеем тр-р 1:4 с подводящими линиями с номинальным волновым.

[uve]

Я тоже об этом думал, но технологически получаются недопустимые ширины (потому что антенн 8) и нет возможности реализовать нужные импедансы.

Какая толщина диэлектрика и какой его тип( эпсилон и tg)?

Сообщение отредактировал uve - Dec 1 2017, 20:23

[Neznayka]

На случай, если антенны, о которых идет речь, достаточно узкополосные, то можно рассмотреть вариант с балуном плюс полуволновый отрезок в одном плече для выравнивания фаз.

А вы не могли бы рассказать об этом решении немного подробнее? Может, есть статья, схема, проект?
Я видел несколько решений с балуном, но мне они показались достаточно сложными.

Какая толщина диэлектрика и какой его тип( эпсилон и tg)?

Толщина диэлектрика 0,1 мм; относительная диэлектрическая проницаемость 3,66; потери 0,004.

[uve]

Толщина диэлектрика 0,1 мм; относительная диэлектрическая проницаемость 3,66; потери 0,004.

Понял, Роджерс RO4350. Что ж, слегка измените схему : объединяйте антенны попарно линиями 50 Ом( насколько я помню, при толщине Роджерса 4350 0.1 мм ширина линии около 0.2 мм для 50 Ом). Затем трансформатор 25/50 Ом и далее повторяйте аналогично объединения пар антенн.

[felix2]

А вы не могли бы рассказать об этом решении немного подробнее? Может, есть статья, схема, проект?
Я видел несколько решений с балуном, но мне они показались достаточно сложными.

К сожалению, я никогда не работал с такими высокими частотами, поэтому говорить о конкретном конструктиве на полосках затрудняюсь. А так идея известная: к двум симметричным концам балуна подключаются две несимметричные нагрузки. Поскольку напряжения на них противофазны, то они соединены как-бы последовательно. Т.е. два сопротивления по 25 Ом, образуют симметричное сопротивление 50 Ом. В итоге имеем трансформатор 1:4. Если введете еще одну ступень трансформатора в несимметричную часть балуна, то легко получаете трансформацию 1:8 или 1:16.
По этой схеме получаются достаточно широкополосные компактные антенные делители с большим коэффициентом деления. Такая схема имеет дополнительный бонус, если антенна симметричная и позволяет где надо "перевернуть" фазы плеч. Я это все делал, но только на гораздо более низких частотах.

[uve]

felix2, думаю, такой фазовращатель Незнайке не подходит. У него несимметричные антенны с несимметричной схемой запитки.

[ikolmakov]

Мне кажется тут есть недопонимание или надо задачу изложить полнее. Для обычной планарной решетки моделирование полной структуры (решетки излучателей с делителями) обязательный этап. MWO (Axiem) лучше всего. И не всегда сразу получается красивая диаграмма, как для отдельной решетки излучателей. Так что надо просто считать и оптимизировать руками в электродинамике с пониманием что на что влияет.
Если решетка плотная и никак не избавится от влияния дерева делителей, то переходить к многослойным структурам.
PS. На полосках можно делить и на 3 и на 4, особенно на воздушном подслое получаются разумные габариты.

[Neznayka]

...несимметричные антенны с несимметричной схемой запитки.

Да, все правильно. Антенны запитываются обычной 50-омной микрополоской.

Мне кажется тут есть недопонимание или надо задачу изложить полнее. Для обычной планарной решетки моделирование полной структуры (решетки излучателей с делителями) обязательный этап. MWO (Axiem) лучше всего. И не всегда сразу получается красивая диаграмма, как для отдельной решетки излучателей. Так что надо просто считать и оптимизировать руками в электродинамике с пониманием что на что влияет.
Если решетка плотная и никак не избавится от влияния дерева делителей, то переходить к многослойным структурам.
PS. На полосках можно делить и на 3 и на 4, особенно на воздушном подслое получаются разумные габариты.

Я полностью с вами согласен. На первоначальном этапе так и будет - отработка самой антенной решетки, т.е. системы излучателей. Параллельно с этой работой я хочу посмотреть различные варианты схемы деления, чтобы понять, что проще, технологичнее, дешевле.
Очень бы не хотелось делать сложную многослойную структуру, т.к. это повышает стоимость печатной платы, увеличивает сроки производства.

[ikolmakov]

Очень бы не хотелось делать сложную многослойную структуру, т.к. это повышает стоимость печатной платы, увеличивает сроки производства.

Ну если большие частоты, то многослойный роджерс относительно дорого выйдет, но и площади обычно не очень то большие. Но на 2500, например, можно сделать отдельно дерево на однослойном FR4 1mm с воздушным подслоем 1мм, а над ним решетку излучателей на такой же плате через воздушный зазор. Сами платы дешевы, но зато трудоемкая сборка. Я вот подходящих межплатных соединителей так и не нашел - нужны готовые кусочки провода в втулке фторопластовой.

[uve]

Ну если большие частоты, то многослойный роджерс относительно дорого выйдет, но и площади обычно не очень то большие. Но на 2500, например, можно сделать отдельно дерево на однослойном FR4 1mm с воздушным подслоем 1мм, а над ним решетку излучателей на такой же плате через воздушный зазор. Сами платы дешевы, но зато трудоемкая сборка. Я вот подходящих межплатных соединителей так и не нашел - нужны готовые кусочки провода в втулке фторопластовой.

Да, это хорошее решение и его проще всего реализовать, особенно если требуется относительно широкая полоса рабочих частот. Если антенна для узкой полосы, то можно установить одну плату FR4 на которой и полосковые сумматоры и патч-антенны. Я такие разрабатывал для 2.45ГГц. высота воздушного подслоя была 3 мм.

[Neznayka]

Если антенна для узкой полосы, то можно установить одну плату FR4 на которой и полосковые сумматоры и патч-антенны. Я такие разрабатывал для 2.45ГГц. высота воздушного подслоя была 3 мм.

Я с вами полностью согласен, но вот только частоты у меня несколько выше: от 50 ГГц

[uve]

Я с вами полностью согласен, но вот только частоты у меня несколько выше: от 50 ГГц

Не плохо, в принципе все наши рассуждения верны, за исключением возможности применения FR4.

[ikolmakov]

Я с вами полностью согласен, но вот только частоты у меня несколько выше: от 50 ГГц

А не больно круто на таких частотах полосками баловаться :-) ? Может лучше оптика? Или PBG?

PS Просто я как-то проглядел когда отвечал ранее, что у вас 50ГГц. И еще - никто не заставляет делать патчи на 50 Ом. Обычно на 100 Ом удобнее со всех сторон, только потери могут быть больше.

Прикрепленные файлы

 workshop_INSIS_11.01.16_RSauleau.pdf ( 4.98 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 49

 

[Hale]

Очень не хотелось бы, т.к. делитель делается для подключения антенн и как изменится ДН после применения планарных элементов не понятно.

о, это очень просто. т.к. мода нулевая, а внизу экран, то излучение будет преимущественно вверх перпендикулярно плате. Если входы хорошо не согласовать, то излучать конечно может прилично, поэтому хотя-бы коробочку сверху надо обеспечить. кстати, планарные емкости на 50 ггц неплохо работают. в отличие от сосредоточенных чип-компонентов.

[Neznayka]

А не больно круто на таких частотах полосками баловаться :-) ? Может лучше оптика? Или PBG?

В наше время 50 ГГц на печатной плате уже пройденный этап Смотрю сейчас, что делают бусурмане - они уже за 75 ГГц перевалили. Так что так

И еще - никто не заставляет делать патчи на 50 Ом. Обычно на 100 Ом удобнее со всех сторон, только потери могут быть больше.

Тут речь идет не о патчах, а об антенных решетках с последовательным питанием (т.е. одномерные антенные решетки - "линейки"). Эти решетки используются как по отдельности, так и вместе, в составе двумерных решеток. Поэтому и стоит такая задача - схема деления на 50 Ом (чтобы одно и то же решение можно было использовать как отдельно, так и в составе более сложной антенной системы). Просто смотрю я статьи наших зарубежных коллег, которые во всю используют делитель Wilkinson`а, и берут меня сомнения, что на таких частотах SMD-резистор будет работать как резистор, или что будет хорошая повторяемость при пайке. Может, у них нет проблем с точки зрения технологии, но у нас все время пытаются и резисторы купить подешевле, да и монтажники иногда ставят не то, что в документации написано, а что под руку подвернется
Поэтому и ищу вариант ухода от классической схемы и думаю, как можно вообще отказаться от SMD-компонентов при реализации цепи деления. Из всех вариантов, что посмотрел, наиболее реальным мне кажется одна из модификация линзы Ротмана (если интересно вот статья и вот). Но пока даже проект не сделал.

о, это очень просто. т.к. мода нулевая, а внизу экран, то излучение будет преимущественно вверх перпендикулярно плате. Если входы хорошо не согласовать, то излучать конечно может прилично, поэтому хотя-бы коробочку сверху надо обеспечить.

Да, я тоже об этом думал. Помимо самого экрана еще буду ставить РПМ, чтобы снизить уровень паразитного излучения.

кстати, планарные емкости на 50 ггц неплохо работают. в отличие от сосредоточенных чип-компонентов.

Полностью с Вами согласен. Очень не хочу на этих частотах ставить SMD-компоненты.

[Aner]

--- одномерные антенные решетки - "линейки" ... это вы про коллинеарные патчи наверное и их параллельное включение. В CST есть возможность их посчитать с T делителями.

[__Sergey_]

Доброго времени суток, уважаемые форумщики.

Подскажите пожалуйста, есть варианты реализации делителя мощности (аналогичного Wilkinson divider), но без резистора?

Ломаю себе голову над тем, как можно осуществить деление мощности из 1 в 2, 4, 8 канала без применения SMD-компонентов, только печатной структурой.

По входу 50 Ом, на выходах около 50 Ом, все нагрузки имеют одинаковый импеданс. Деление должно происходить с одинаковыми фазами.
Центральная частота 50 ГГц, относительная полоса не более 5%. КСВН хотелось бы не больше 1,8 - 2.

Может, кто-то сталкивался с подобными задачами?

Буду благодарен за любые адекватные подсказки, статьи, идеи...

P.S. Линзу Ротмана не предлагать

Прошу прощения за вопрос не по делу!
А что тут многие так упорно ставят отечественные элементы - импорт совсем ни как не протащить?
Мои знакомцы без проблем ставят импорт на войну, наряду с процессорами и плисами протаскивают и ВЧ. Делают обоснование и вперед!
Я это к тому, что без импорта ну совсем печально, просто не возможно жить! Более того, большинство из отечественного - импорт установленный в убогие советские корпуса

Сообщение отредактировал __Sergey_ - Dec 18 2017, 12:11

[ser_aleksey_p]

В ADS есть пара примеров, с резисторами не-SMD.

[Hale]

А что тут многие так упорно ставят отечественные элементы - импорт совсем ни как не протащить?

учитывая что при нашем солнцеликом частный научно-производственный бизнес скукожился(если не сказать сильнее), то нетрудно догадаться где, точнее на кого работают участники конференции.
а далее встает вопрос последствий разработки с использованием современных импортных комплектующих.
https://habrahabr.ru/post/156049/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Аппаратная_закладка
А также из разряда

https://www.google.co.jp/search?q=александр+пособилов
https://www.google.co.jp/search?q=Александр+Бражников

Мои знакомцы без проблем ставят импорт на войну, наряду с процессорами и плисами протаскивают и ВЧ. Делают обоснование и вперед!

Это не ваши знакомцы? https://www.drive2.ru/b/2615302/

[tduty5]

Вариант делителя на 50+
Вилкинсон, но другой.

N. Drobotun, D. Yanchuk, E. Khoroshilov, Compact planar ultra-wideband power dividers with frequency range up to 67 GHz for multichannel receivers // Proceedings of the 46th European Microwave Conference. UK, London, 3-7 October. – 2016. – P. 199-201.