Kako dizajnirati razdjelnik snage?

Projektiranje razdjelnika snage ključni je zadatak u području RF i mikrovalne tehnike. Kao dobavljač razdjelnika snage, stekao sam veliko iskustvo u ovom području. U ovom postu na blogu podijelit ću neke ključne aspekte dizajna razdjelnika snage, uključujući osnovne principe, različite tipove i važna razmatranja dizajna.

Osnovni principi djelitelja snage

Razdjelnik snage je pasivni uređaj koji dijeli ulazni signal na dva ili više izlaznih signala. Temeljno načelo iza razdjelnika snage je ravnomjerna raspodjela snage ulaznog signala između izlaznih priključaka uz zadržavanje određenih električnih karakteristika kao što je usklađivanje impedancije i izolacija između priključaka.

Najčešći tip djelitelja snage je Wilkinsonov djelitelj snage, koji je prvi predložio Ernest J. Wilkinson 1960. Wilkinsonov djelitelj snage koristi četvrtvalne transformatore i otpornik za postizanje podjele snage i izolacije između izlaznih priključaka. Četvrtvalni transformatori koriste se za usklađivanje impedancije ulaznih i izlaznih priključaka, a otpornik se koristi za osiguravanje izolacije između izlaznih priključaka.

Drugi važan princip je očuvanje snage. Prema zakonu održanja energije, zbroj snaga na izlaznim priključcima djelitelja snage trebao bi biti jednak snazi ​​na ulaznom priključku, zanemarujući sve gubitke u uređaju. Matematički, ako je (P_{in}) ulazna snaga, a (P_{out1},P_{out2},\cdots,P_{outn}) izlazne snage (n)-smjernog djelitelja snage, tada je (P_{in}=\sum_{i = 1}^{n}P_{outi}).

Različite vrste razdjelnika snage

Dvosmjerni razdjelnici snage

Dvosmjerni razdjelnici snage su najjednostavniji oblik razdjelnika snage. Oni dijele ulazni signal na dva izlazna signala jednake snage. Wilkinsonov dvosmjerni djelitelj snage ima široku primjenu zbog svoje dobre izolacije između izlaznih priključaka i relativno niskog unesenog gubitka.

Višesmjerni razdjelnici snage

Za aplikacije koje zahtijevaju više od dva izlazna signala, koriste se višesmjerni razdjelnici snage. Na primjer,3 - Putni razdjelnici snagemože podijeliti ulazni signal u tri izlazna signala,6 - Putni razdjelnici snageu šest, i8 - Putni razdjelnici snageu osam. Ovi višesmjerni razdjelnici snage mogu se dizajnirati kaskadnim dvosmjernim razdjelnicima snage ili korištenjem složenijih topologija krugova.

Nejednaki razdjelnici snage

U nekim slučajevima potrebno je nejednako podijeliti snagu između izlaznih priključaka. Nejednaki razdjelnici snage mogu se projektirati podešavanjem vrijednosti impedancije prijenosnih vodova i vrijednosti otpornika u krugu. Na primjer, razdjelnik snage s omjerom podjele snage 2:1 može se dizajnirati tako da daje više snage jednom izlaznom priključku nego drugom.

Razmatranja dizajna

Usklađivanje impedancije

Usklađivanje impedancije jedno je od najvažnijih razmatranja dizajna razdjelnika snage. Ulazni i izlazni priključci razdjelnika snage trebaju biti usklađeni s karakterističnom impedancijom sustava, obično 50 ohma u RF i mikrovalnim aplikacijama. Neusklađena impedancija može dovesti do refleksije, što povećava uneseni gubitak i smanjuje učinkovitost djelitelja snage.

Da bi se postigla usklađenost impedancije, obično se koriste četvrtvalni transformatori. Karakteristična impedancija četvrtvalnog transformatora izračunava se na temelju ulazne i izlazne impedancije djelitelja snage. Za Wilkinsonov razdjelnik snage, karakteristična impedancija četvrtvalnog transformatora (Z_{01}) dana je s (Z_{01}=\sqrt{2}Z_{0}), gdje je (Z_{0}) impedancija sustava.

Izolacija

Izolacija između izlaznih priključaka još je jedan kritični čimbenik. Dobra izolacija osigurava da signali na izlaznim priključcima ne ometaju jedni druge. U Wilkinsonovom razdjelniku snage, otpornik između izlaznih priključaka osigurava izolaciju. Vrijednost otpornika je odabrana kako bi se optimizirala učinkovitost izolacije. Za dvosmjerni Wilkinsonov djelitelj snage s impedancijom sustava (Z_{0}), vrijednost otpornika (R = 2Z_{0}).

Širina pojasa

Širina pojasa djelitelja snage odnosi se na raspon frekvencija na kojima djelitelj snage može učinkovito raditi. Na propusnost utječu čimbenici kao što su tip korištenih prijenosnih vodova, mreža za usklađivanje impedancije i izolacijski krug. Općenito, razdjelnike snage sa širim propusnim opsegom teže je dizajnirati i mogu imati veće gubitke umetanja.

Insercijski gubitak

Insercijski gubitak je gubitak snage koji se javlja kada signal prolazi kroz razdjelnik snage. Uglavnom je uzrokovan čimbenicima kao što su gubici vodiča, dielektrični gubici i gubici zračenjem. Mali uneseni gubitak poželjan je u dizajnu razdjelnika snage kako bi se osigurao učinkovit prijenos snage.

Koraci dizajna

Korak 1: Definirajte specifikacije

Prvi korak u projektiranju razdjelnika snage je definiranje specifikacija, uključujući broj izlaznih priključaka, omjer podjele snage, radni frekvencijski raspon, impedanciju sustava i potrebne izolacijske i unesene gubitke.

Korak 2: Odaberite topologiju

Na temelju specifikacija odaberite odgovarajuću topologiju razdjelnika snage. Na primjer, ako su potrebna dobra izolacija i niski uneseni gubici, Wilkinsonov razdjelnik snage može biti dobar izbor.

Korak 3: Izračunajte vrijednosti komponenti

Nakon odabira topologije izračunajte vrijednosti komponenti kao što su karakteristična impedancija prijenosnih vodova i vrijednosti otpornika. Koristite relevantne formule i jednadžbe dizajna za odabranu topologiju.

Korak 4: Simulirajte dizajn

Koristite softver za elektromagnetsku simulaciju kao što je ADS (Advanced Design System) ili HFSS (High - Frequency Structure Simulator) za simulaciju dizajna. Rezultati simulacije mogu pomoći u provjeri izvedbe razdjelnika snage i identificiranju potencijalnih problema.

Korak 5: Izradite i testirajte

Nakon što su rezultati simulacije zadovoljavajući, izradite razdjelnik snage odgovarajućim proizvodnim procesima kao što je izrada tiskanih ploča (PCB) ili mikroizrada. Zatim testirajte izrađeni razdjelnik snage koristeći mrežne analizatore i drugu ispitnu opremu kako biste bili sigurni da zadovoljava specifikacije.

Zaključak

Projektiranje razdjelnika snage zahtijeva dobro razumijevanje osnovnih principa, različitih tipova i važnih razmatranja dizajna. Kao dobavljač razdjelnika snage, predani smo pružanju visokokvalitetnih razdjelnika snage koji zadovoljavaju različite potrebe naših kupaca. Bez obzira trebate li jednostavan dvosmjerni razdjelnik snage ili složeni višesmjerni razdjelnik snage, imamo stručnost i tehnologiju za dizajn i proizvodnju pravog proizvoda za vas.

Ako ste zainteresirani za naše razdjelnike snage ili imate bilo kakva pitanja o dizajnu razdjelnika snage, slobodno nas kontaktirajte za nabavu i daljnje rasprave.

Reference

1. Požar, DM (2011). Mikrovalno inženjerstvo (4. izdanje). Wiley.
2. Wilkinson, EJ (1960). N-smjerni hibridni razdjelnik snage. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 8(1), 116 - 118.