Моделирование Направленного Полоскового Ответвителя

Fanny Griesmer 14/03/2014
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on LinkedIn

Направленные полосковые ответвители — один из типов 90-градусного или квадратурного гибридного ответвителя — получили широкое распространение из-за простоты своего проектирования и изготовления. Они представляют собой пассивные устройства, обычно используемые в системах с одиночной передающей антенной и делителях/смесителях I/Q сигналов. Рассмотрим подробнее принципы работы этого типа ответвителей и некоторые важные аспекты его проектирования.

О Направленных Полосковых Ответвителях

Направленные полосковые ответвители используются для распределения — разделения и суммирования — мощности сигналов. Этот тип ответвителя составляется из двух систем связанных портов с разностью фаз между ними в 90°. Мощность поступает в виде сигнала на один из входных портов, после чего распределяется в равном отношении между двумя выходными портами. Четвертый порт должен оставаться изолированным или, по-другому, развязанным, чтобы не возник поток отраженной энергии.

Геометрия направленного полоскового ответвителя
Геометрия направленного полоскового ответвителя. На изображении, линии передачи расположены горизонтально, а в вертикальном направлении располагаются отводные линии.

Как видно из геометрии ответвителя, он спроектирован симметричным образом. Таким образом, совершенно безразлично, какой из портов будет предназначен для ввода сигнала — функции оставшихся распределятся соответственно. Конкретно для геометрии, изображенной на рисунке выше, левый нижний порт был выбран в качестве входного, но совершенно спокойно мы можем поменять его местами с изолированным портом или зеркально заменить их так, что два выходных порта окажутся теперь слева, а входной и изолированный порты — справа.

В случае систем с одиночной антенной для приемника/передатчика, назначение портов распределяется следующим образом: передатчик-входной порт (1); оконечная нагрузка (заглушка?) 50 Ом-порт (2); антенна-выходной порт (3) и приемник на изолированном порте (4). В данной схеме подключения, сигнал от передатчика к антенне перемещается с квадратурным сдвигом фазы. Сигнал от антенны к приемнику движется без сдвига фазы, поэтому, поскольку сигналы от приемника и к передатчику образуют пару ортогональных колебаний, они не влияют друг на друга.

Важные Аспекты Проектирования

При проектировании направленного полоскового ответвителя существует несколько критических моментов, которым необходимо уделить самое пристальное внимание:

  • Высокая степень изоляции
    • Она должна быть настолько высокой, насколько это возможно, хотя, конечно, никогда не сравняется со 100%
  • Эквивалентность выбора любого порта в качестве портов входа, выхода или изолированного порта, при той же частотной характеристике.
    • Квадратурная разность фаз (S-параметры)

Пример Модели

Если вам потребовалось спроектировать направленный полосковый ответвитель с заданными характеристиками, то вы можете воспользоваться средой COMSOL Multiphysics, точнее Модулем Радиочастоты (RF) в ее составе, для настройки своей модели. Для помощи вам в начале своей работы, мы включили образец модели как в Галерею приложений, доступную онлайн, так и в Библиотеку Моделей (Model Library) Модуля Радиочастоты (RF) (вы можете найти ее в разделе “Пассивные Устройства”).

Следуя инструкциям в описании модели, вы сможете рассчитать S-параметры многополюсника и гарантировать, что разность фаз сигналов на выходах составит 90 градусов. Вы также сможете проанализировать такие характеристики ответвителя, как изолированность и связь портов вблизи несущей частоты.

Графическое изображение портов направленного полоскового ответвителя
Графическое отображение того, что мощность входного сигнала (красный цветовой контраст) распределяется в равном отношении между двумя выходными портами (желтый цвет). Изолированный порт показан в (синей гамме) цветового контраста.

Дальнейшее Изучение


Загрузка комментариев...

Темы публикаций


Теги

3D печать Cерия "Гибридное моделирование" Введение в среду разработки приложений Видео Волновые электромагнитные процессы Глазами пользователя Графен Интернет вещей Кластеры Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах Модуль AC/DC Модуль MEMS Модуль Акустика Модуль Волновая оптика Модуль Вычислительная гидродинамика Модуль Геометрическая оптика Модуль Динамика многих тел Модуль Композитные материалы Модуль Коррозия Модуль Механика конструкций Модуль Миксер Модуль Нелинейные конструкционные материалы Модуль Оптимизация Модуль Плазма Модуль Полупроводники Модуль Радиочастоты Модуль Роторная динамика Модуль Теплопередача Модуль Течение в трубопроводах Модуль Трассировка частиц Модуль Химические реакции Модуль Электрохимия Модуль аккумуляторов и топливных элементов Охлаждение испарением Пищевые технологии Рубрика Решатели Серия "Геотермальная энергия" Серия "Конструкционные материалы" Серия "Электрические машины" Серия “Моделирование зубчатых передач” Сертифицированные консультанты Технический контент Указания по применению физика спорта