1

2

Zwieracze regulowane w technice falowodu prostok tnego

3

Falowodowe obci enia dopasowane

Obci enia dopasowane ze (a) stratnym klinem
i (b) zw aj c si płytk rezystywn .

WFS < 1.02 (

|Γ| < 0.01)

R.L. > 40 dB

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

4

Obci enia dopasowane w technice linii współosiowej i mikropaskowej

5

Elementy LC o parametrach skupionych i rozło onych

Planarne indukcyjno ci
skupione: (a) krótki
odcinek linii transmisyjnej
o du ej impedancji
charakterystycznej Z

o

jako

element indukcyjny, (b)
obwód zast pczy krótkiego
odcinka linii transmisyjnej,
(c) planarna p tla
indukcyjna, (d) planarna
indukcyjno spiralna, (e)
obwód zast pczy planarnej
indukcyjno ci spiralnej

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

6

Pojemno ci skupione: (a) kondensator MIM

(Metal Isolator Metal) realizowany w technice

MMIC, (b) planarny kondensator palczasty, (c)

w ska przerwa w metalowym pasku linii

mikropaskowej, (d) kondensator typu „chip”

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

7

Szeregowe elementy reaktancyjne realizowane w technice linii szczelinowej i falowodu koplanarnego:

(a) obwody zast pcze, (b) realizacje w technice linii szczelinowej, (c) realizacje w technice falowodu

koplanarnego, (d) realizacje mieszane w technice falowodu koplanarnego i linii szczelinowej

8

Równoległe

elementy

reaktancyjne

realizowane

w

technice

falowodu

koplanarnego:

(a)

obwody

zast pcze, (b) realizacje w
technice

falowodu

koplanarnego,

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

9

Metalowe przesłony „indukcyjna” i „pojemno ciowa” w metalowym falowodzie prostok tnym:

(a) struktura przesłony, (b) rozkład pola magnetycznego lub elektrycznego w otoczeniu przesłony,

(c) obwód zast pczy

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

10

Regulowane tłumiki i przesuwniki fazy

A(dB) = -20log (sin

2

Θ)

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

Konstrukcja precyzyjnego tłumika obrotowego

Dielektryczny chor giewkowy przesuwnik fazy. Fazowe opó nienie zwi ksza si wraz z

przesuwaniem chor giewki w kierunku do rodka falowodu

11

Falowodowe 3-wrotowe rozgał zienia T

Falowodowe rozgał zienia T, których
wła ciwo ci - uogólnione na dowolny
trójwrotnik bezstratny - s nast puj ce:
- Mo na zawsze dobra płaszczyzn
zwarcia w jednych z wrót tak, e nie
zachodzi transmisja sygnału pomi dzy
pozostałymi;
-

Wszystkie wrota układu nie mog by

jednocze nie dopasowane

;

- W rozgał zieniu T symetrycznym
wzgl dem jednych z wrót zawsze
mo na dobra tak płaszczyzn zwarcia
w

wyró nionych

wrotach,

aby

transmisja sygnału mi dzy pozostałymi
wrotami odbywała si bez strat.

Falowodowe rozgał zienia T: (a) w płaszczy nie pola E,

(b) w płaszczy nie pola H

12

Cyrkulatory ferrytowe

(a) Schemat ideowy cyrkulatora
ferrytowego. (b) Cyrkulator w technice
falowodu prostok tnego. (c) Cyrkulator w
technice linii paskowej

13

W praktyce:

•

straty powrotu R.L.

≈ 20 – 30 dB,

•

izolacja I = 20 – 40 dB

•

tłumienie transmisyjne T = 0.2 – 0.5 dB

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

14

Zastosowania:

Cyrkulator z obci eniem dopasowanym pełni mo e rol izolatora. Izolatory mog zabezpieczy

wzmacniacz mocy przed uszkodzeniem z powodu niedopasowa impedancyjnych i odbi mocy

oraz zmniejszy efekt przestrajania oscylatora wywołanego niedopasowaniem impedancji

(w j z. ang. load-pulling effect)

15

Cyrkulator ferrytowy mo e by zastosowany jako kluczowy element przeł cznika nadajnik-odbiornik
TX/RX w systemie z jedn tylko anten (radar lub telekomunikacyjne urz dzenie nadawczo-
odbiorcze). Moc na wyj ciu pomniejszona jest jednak z powodu strat wtr cenia i ponadto dodatkowe
tłumienie na wej ciu odbiornika zwi ksza jego równowa ny współczynnik szumów

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

16

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

Konfiguracja z cyrkulatorem umo liwiaj ca wykorzystanie elementu z ujemn

rezystancj we wzmacniaczu mocy

17

Inna cz sto stosowana konstrukcja i zasada działania izolatora ferrytowego

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

18

3-wrotowe dzielniki Wilkinsona

a)

b)

LAYOUTY 3.01 DB (a) AND 4.94 DB (b) DZIELNIKÓW MOCY WILKINSONA (O DŁUGO CI

λλλλ

/2)

•

Du a izolacja i dobre dopasowanie impedancyjne tylko w w skim pa mie 5%.

•

Trudno ci z praktyczn realizacj dzielników

o nierównym podziale mocy.

•

Ograniczenie pracy w zakresie wi kszych cz stotliwo ci (z powodu rezonansowego

zachowania si rezystora i sprz e paso ytniczych).

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

19

Schemat ideowy dzielnika Wilkinsona o równym podziale mocy

20

Sprz enie, straty powrotu na wej ciu i wyj ciu, izolacja. Wyniki analizy obwodowej w Serenadzie

21

Straty mocy w dB wnoszone przez dzielnik, spowodowane niedopasowaniem impedancyjnym

22

Dzielnik Wilkinsona o nierównym 1:6 podziale mocy

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

23

24

M

IKON-2000

*)

Wielosekcyjne dzielniki mocy o równym podziale w technice linii sprz

onych

Layout dzielnika dwusekcyjnego oraz symulowane i

zmierzone jego parametry S.

ε

r

= 3.05,

H = 60 mils

0

1

2

3

-50

-40

-30

-20

-10

0

S

11

21

22

32

0

1

2

3

-50

-40

-30

-20

-10

0

dB

GHz

S

22

*)

K. Sachse et al., Novel, Multilayer Coupled-Line Structures ...

25

Diagram wielowrotowego

dzielnika/ sumatora mocy

w układzie poł czonych

rozgał zie Y lub

dzielników Wilkinsona

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

26

Hybrydowy układ tzw. magicznego T

Jest

4-wrotowym,

symetrycznym

rozgał zieniem

falowodowym

E-H,

bezstratnym, którego wła ciwo ci - ogólnie
przedstawiaj c (dotyczy to równie takich 4-
wrotników jak sprz gacze falowodowe,
rozgał zienia pier cieniowe i sprz gacze
gał ziowe) - s nast puj ce:
- Wszystkie wrota mog by jednocze nie
dopasowane;
- Przy pobudzeniu dowolnego wrota spo ród
4-ch wrót, moc jest rozgał ziana jedynie do
dwóch, pozostałe trzecie jest idealnie
izolowane;
- Sygnały wyprowadzone przesuni te s
w fazie o 0 lub 180

°, zale nie od wrót

pobudzanych.

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

27

Mieszacz zrównowa ony w układzie z falowodowym magicznym T

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

28

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

29

Paskowy sprz gacz 3 dB/0/180

° jako w skopasmowy układ magicznego T

Mo na
projektowa te
sprz gacze o
słabszym
sprz eniu -
praktycznie do
ok. 9 dB:
- sprz enie:
S

41

(f = f

o

) = jy

2

- warunek
dopasowania:
y

1

2

+ y

2

2

= 1

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

y

2

y

1

y

2

y

1

30

Fotografia wykonanego i zmierzonego sprz gacza 3 dB 0/180

°

31

Wyniki pomiarów:

-

podziału mocy

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

32

-

izolacji i strat powrotu

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

33

-

ró nicowych przesuni fazy

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

34

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

35

Sprz gacze kierunkowe 90

°

(a)

Schemat ideowy 4-wrotowego sprz gacza, którego jedne wrota s izolowane wzgl dem

pozostałych. (b) Sprz gacz o liniach sprz onych (o sprz eniu wstecz).

(c) Sprz gacz falowodowy (o sprz eniu ‘wprzód’)

36

Sprz gacz o liniach sprz onych. Szczególne wła ciwo ci

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

37

Przykłady realizacji:

-

Sprz gacze mi dzypalczaste zwane sprz gaczami Lange od nazwiska twórcy

38

COST 260

*

a)

b)

Layout (a) i fotografia (b) trójpaskowego, 1-oktawowego

sprz gacza 3 dB

±±±±

0.25 dB

*

K. Sachse et al., Microwave Circuits in Multilayer Technology...

39

0

2

4

6

-60

-50

-40

-30

-20

R

1

2

0

f

dB

0

2

4

6

-40

-30

-20

-10

0

D

C

I

dB

f

0

2

4

6

40

80

120

160

200

deg

GHz

Wyniki pomiarów 3-paskowego sprz gacza 3 dB. R

1

i R

2

– straty powrotu we

wrotach wej ciowych i sprz

onych, R

0

– straty powrotu wywołane

zastosowanymi przej ciami, odcinkiem linii mikropaskowej i 50

Ω

Ω

Ω

Ω

obci

eniem współosiowym, C i D – sprz

enia mierzone we wrotach

sprz

onych i transmisyjnych, I - izolacja,

∆∆∆∆φφφφ

- ró nica faz sygnałów we

wrotach sprz

onych i transmisyjnych, f - cz stotliwo

w GHz

40

Schemat ideowy sprz gacza 3-paskowego opisanego parametrami S wyznaczonymi w wyniku analizy

teoretycznej

41

Krzywe podziału mocy

42

Krzywe ró nicowego przesuni cia fazy przy pobudzeniu wrota 1 i wrota 2

43

Inny sprz gacz 3-paskowy o skompensowanych pojemno ciowo reaktancjach nieci gło ci

powstałych w miejscach poł czenia linii sprz one – sygnałowe linie 50

Ω

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

44

Charakterystyki

podziału mocy

i izolacji.

Wyniki

pomiarów

45

Straty powrotu

mierzone na

obydwu

wej ciach

46

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

47

Charakterystyka ró nicowego 90

° przesuni cia fazy

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

48

Sprz gacz 10 dB w nowej
technologii wielu warstw
dielektrycznych. Wyniki
pomiarów.

0

1

2

3

-30

-20

-10

0

T

C

dB

f [GHz]

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

49

Izolacja i straty powrotu

0

1

2

3

-80

-70

-60

-50

-40

-30

dB

f [GHz]

R

I

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

50

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

Sprz gacz 10 dB
o koplanarnych liniach
sprz onych (ze szczelin w
dodatkowym ekranie dobran
tak, aby wyrówna pr dko ci
fazowe rozchodzenia si fal
quasi-TEM rodzaju parzystego
i nieparzystego)

51

52

Asymetryczny, 2-sekcyjny, 0.8-2.2 GHz sprz gacz 3 dB

±±±±

0.1 dB

0

1

2

3

-45

-40

-35

-30

-25

-20

0

1

2

3

-30

-20

-10

0

D

C

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

-6

-5

-4

-3

-2

Cienka warstwa poliamidowa z paskami linii sprz onych w widoku z góry (1) i z dołu (2)

i wyniki pomiarów wykonanego sprz gacza

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

t

w

t

w

53

Szerokopasmowy trójsekcyjny symetryczny sprz gacz 3 dB/90

°

W sprz gaczu tym sekcj rodkow tworz 3-paskowe linie sprz one o współczynniku sprz eniu k

1

= -1.5 dB,

sekcje skrajne –linie 2-paskowe z offsetem o współczynniku sprz eniu k

1

= -14.5 dB

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

54

Schemat ideowy szerokopasmowego sprz gacza kierunkowego 3

±0.2 dB /90° o trzech

sekcjach linii sprz onych. z

e1

= z

e1

= 1.208, z

e2

= 3.412, B = 3.96, f

o

= 2.5 GHz

55

Charakterystyki podziału mocy

C - sprz enie

T - transmisja

56

90

° ró nicowe przesuni cie fazy

57

Trój-sekcyjny 1-5 GHz sprz gacz 3dB/90° o kierunkowo ci conajmniej 30 dB,

pozyskanej dzi ki kompensacji pojemno ciowej reaktancji nieci gło ci powstaj cych w miejscach
poł czenia linii sprz onych o znacznie ró ni cych si szeroko ciach pasków

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

58

Sprz gacz gał ziowy 3 dB

Mo na projektowa te sprz gacze o słabszym
sprz eniu - praktycznie do ok. 9 dB:
- sprz enie S

31

(f = f

o

)

2

= 1 – z

2

2

- warunek dopasowania y

2

2

– y

1

2

= 1

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

Z

2

Z

1

59

Sprz gacz gał ziowy – wyniki pomiarów

60

Fotografia wykonanego sprz gacza

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

61

Schemat ideowy sprz gacza gał ziowego zaprojektowanego w technologii linii mikropaskowej

62

Wyniki analizy w Serenadzie: (a) Charakterystyki skalarne

63

(b) Ch-ka ró nicowego przesuni cie fazy

64

Sprz gacz gał ziowy 3 dB w technologii wielowarstwowej. Cz stotliwo 15 GHz.

EuMC2006

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

Szerokopasmowy sprz gacz gał ziowy wykonany w technice linii koplanarnych

65

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

66

Wyniki symulacji i pomiarów

Punkty – wyniki symulacji, linia ci gła – wyniki eksperymentalne

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

67

Dwupasmowy gał ziowy sprz gacz hybrydowy. Layout wykonanego prototypu

i zmierzone parametry S

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

68

Sprz gacz gał ziowy w
technice elementów o
parametrach skupionych LC

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

69

T = 1.5mm, S = 1.1mm, W = 7.3mm

Aby uzyska sumowanie dwóch sygnałów
doprowadzanych do wrót 1 i 4 powinny by one
przesuni te w fazie o 90

° (np. za pomoc

doł czonych po obu stronach jednej linii
przesuwników fazy 90

°)

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

70

Sprz gacz 3 dB jako
sumator mocy 2 x 1 kW
zastosowany w
nadajniku FM VHF.
87.5 – 108 MHz.
Długo meandro-
wanych linii
sprz onych 750 mm
(

λ/4). Całkowite

gabaryty 27 x 120 x 160
mm

3

. EMC2006

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

71

3dB/90

° sprz gacz w układzie tandemowego poł czenia dwóch sprz gaczy o sprz eniu 8.34 dB

w technologii wielu warstw dielektrycznych

(a) Konfiguracja tandemowego poł czenia. (b) Sprz gacz tandemowy w technologii LTCC

w przekroju poprzecznym.

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

72

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

73

Ró nicowy przesuwnik fazy Schiffmana.

Zasada działania.

ρ = Z

oe

/Z

oo

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

74

Charakterystyka fazy ró nicowej. Współczynnik sprz enia k = -6.755 dB (

ρ = 2.7). δ∆Φ = ±2.5°

w niemal 1-oktawowym pa mie pracy (1.95 : 1)

75

Schemat ideowy

dwusekcyjnego

90°ró nicowego

przesuwnika fazy

Schiffmana.

k

1

= -2.8 dB,

k

2

= -12.3 dB,

∆∆∆∆φφφφ

= 90° ± 2.8°

w pa mie

B = f

2

/f

1

= 3.24

76

77

Synfazowy dzielnik mocy 7.4 dB/ 0.84 dB w układzie sprz gacz 90

°°°°

o liniach

sprz

onych - 90

°°°°

ró nicowy przesuwnik fazy Schiffmana

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

78

CH2 TRN&Mlog MAG

REF 0 dB

2 dB/

START 1 100.000 000 MHz

STOP 2 100.000 000 MHz

0 98-05-18 sekcja SPINM / 3 porty

Cor

Hld

1

2

3

1_:-1.0832 dB

1 599.200 000 MHz

2_:-1.0238 dB

1.53 GHz

3_:-1.078 dB

1.66 GHz

CH2 TRN/M phase

REF 0

5 /

START 1 100.000 000 MHz

STOP 2 100.000 000 MHz

0 98-05-18 sekcja SPINM / 3 porty

Cor

Hld

1

2

3

1_:-362.44 m

1 599.200 000 MHz

2_:-369.42 m

1.53 GHz

3_:-583.65 m

1.66 GHz

Wyniki pomiarów

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

79

Ultraszerokopasmowe układy sprz gaj ce – o wielu sekcjach linii sprz onych i o
zmienianym w sposób ci gły sprz eniu

Asymetryczny sprz gacz 3 dB o trzech sekcjach linii sprz

onych i

szeroko ci pasma cz stotliwo ci pracy 10:1

Fotografia sprz gacza. Sprz gacz zaprojektowany został w technologii symetrycznych sprz onych
linii paskowych i trzech warstw dielektrycznych PTFE CuFlon – dwóch warstw o grubo ci 0.062”
i cienkiej warstwy 0.001”. Widoczne s paski tworz ce trzy sekcje linii sprz onych, wytrawione
technologi fotolitografii dwustronnej

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

80

Wyniki pomiarów. Sprz

enie i transmisja, izolacja oraz straty powrotu we

wrotach wej ciowych i sprz

onych

81

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Frequency (GHz)

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Sprz

enia we wrotach sprz

onych i transmisyjnych. Porównanie wyników

analizy teoretycznej i wyników pomiaru

dB

82

Asymetryczny górnoprzepustowy sprz gacz 3 dB o niejednorodnie

sprz

onych liniach o wła ciwo ciach układu magiczne-T

Fotografia sprz gacza. Paski linii sprz onych wykonane technologi fotolitografii dwustronnej na
cienkiej warstwie PTFE CuFlon 0.00025”. Dwie przykrywaj ce grube warstwy dielektryczne,
metalizowane jednostronnie, wykonane s z tego samego dielektryka PTFE CuFlon 0.062”

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

83

Wyniki pomiarów. Sprz

enie i transmisja, izolacja oraz straty powrotu

we wrotach wej ciowych i sprz

onych

84

0

1

2

3

4

5

6

Frequency (GHz)

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

Sprz

enia we wrotach sprz

onych i transmisyjnych. Porównanie wyników

analizy teoretycznej i wyników pomiaru

dB

85

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Frequency (GHz)

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Wyniki pomiarów układu magiczne-T jako obwodu

Σ

-

∆

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

dB

Σ

∆

86

Inne rozwi zania ultraszerokopasmowych układów

Σ

-

∆

.

Wielosekcyjny sprz gacz asymetryczny

– wielosekcyjny korektor fazy

Sprz gacz

3 dB

Układ kompensacji

fazy

87

Charakterystyki amplitudowe sprz gacza 3 dB/0/180

° w układzie wielosekcyjny sprz gacz asymetryczny –

wielosekcyjny korektor fazy

0

20

40

60

80 100 120 140 160 180

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

θθθθ

dB

[deg]

88

Charakterystyki fazowe

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

0

20

40

60

80 100 120 140 160 180

-10

-5

0

5

10

170

175

180

185

190

θθθθ

[deg]

deg

deg

89

Pier cieniowy sprz gacz

3 dB/0°°°°/180°°°° z inwerterem fazy

i transformatorami wielosekcyjnymi

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

#1

#3

#2

#4

λ/4

inwerter fazy

Z

1

Z

1

Z

2

Z

n

Z

n

Z

2

Z

1

Z

n

Z

2

Z

1

Z

2

Z

n

-1

#1

#3

#2

#4

λ/4

inwerter fazy

Z

1

Z

1

Z

2

Z

n

Z

n

Z

2

Z

1

Z

n

Z

2

Z

1

Z

2

Z

n

#1

#3

#2

#4

λ/4

inwerter fazy

Z

1

Z

1

Z

2

Z

n

Z

n

Z

2

Z

1

Z

n

Z

2

Z

1

Z

2

Z

n

#1

#3

#2

#4

λ/4

inwerter fazy

Z

1

Z

1

Z

2

Z

n

Z

n

Z

2

Z

1

Z

n

Z

2

Z

1

Z

2

Z

n

-1

90

Charakterystyki cz stotliwo ciowe sprz gacza pier cieniowego z transformatorami trójsekcyjnymi

TECHNIKA B.W.CZ, 2009

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

Frequency (GHz)

-50

-40

-30

-20

-10

0

dB

f

2

/ f

1

=5.3

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

Frequency (GHz)

-50

-40

-30

-20

-10

0

dB

f

2

/ f

1

=5.3

91

Sprz gacz pier cieniowy z transformatorami trójsekcyjnymi

TECHNIKA B.W.CZ, 2009