1
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