ウィルキンソンRF電力分配器

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説明

Wilkinson 電力分割器は、1960 年に Ernest Wilkinson によって初めて導入されました。彼が提案した構成では、入力信号を 2 つの同相出力信号に分割するか、2 つの同相入力信号を結合することができました。分割ポートを共通ポートに一致させるために使用される技術は、1/4 波長トランスです。 3 つのポートすべてを同時に一致させるために、ポートの 2 番目と 3 番目の間にも抵抗があります。この抵抗器は基本的に、スプリッターの動作周波数でこれら 2 つのポートを分離します。この例では、9 GHz で動作するプリンテッド ウィルキンソン RF パワー スプリッターが HFWorks でモデル化されており、反射係数と透過係数が他のパラメーターと共に示されています。

図 1 -モデル化されたウィルキンソン仕切りの 3D ビュー

モデルは最適化されています。例を 3D で描画するために最適な寸法が使用されています。寸法はこの図に記載されています。

シミュレーション

この電力分割器のシミュレーションは、4 GHz から 12 GHz までの散乱パラメーター スタディで実行されました。この回路は、電力を 2 つの同相出力に均等に分割するのに効率的であることが証明されました。

部材と材料

表皮効果の深さが非常に狭いことを考慮して、空気を割り当てて複数の導体をモデル化できます。基板の材料は、材料のライブラリから自由に選択されます。自分で定義した材料を適用できます。その材料に加えて、RF キャリアの信号境界条件と、基板の下の接地金属の PEC 境界条件を指定できます。

負荷/制約

ポートはメイン励起パスのパッドに適用されます。 RF を伝送する導体には、信号境界条件が割り当てられます。

メッシング

モデルの形状には特徴的なものはありません。特定のメッシュ コントロールを適用しなくても、アセンブリの均一なメッシュで十分です。

結果

オメガ-T 角度を変化させて 3D 電場の分布をアニメーション化すると、波がどのようにポートに伝搬し、ディバイダーの 2 つのブランチ内で「分割」されるかについてのヒントが得られます。 最初にポートでの反射係数の曲線を見て、どの周波数が最良のマッチングをもたらし、したがって2つのポートへの最良の伝播をもたらすかを判断できますが、伝播がない周波数でも近距離場を見ることができます。 

図 3 - 10 GHz での電力分配器内の波動伝搬

この図は、分周器の反射係数と挿入損失の変化をプロットしたものです。

青=S11 ;赤=S21 ;緑=S31

図 4 -出力における反射係数と挿入損失の変化

2 つの出力は、入力に対して 3 dB の電力損失を示していることがわかります。電力は十分に半分に分割されています。この図では、一般化された散乱パラメーター マトリックスを dB/Phase 形式 (dB で表された大きさの極) で示しています。 S21 と S31 はほぼ同じ (-3 dB=0.5) で、アイソレーションとリターン ロスの両方が -14 dB よりも優れていることがわかります。

図 5 -さまざまな計算パラメータを含む結果テーブル (タブ内)