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.

[VCO]

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

Волноводные делители мощности?

[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.

[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.

[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.

[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

[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

 

[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.