20. Квадратурный делитель на полосковой структуре. Принцип работы, основные характеристики, применение.

Квадратурный делитель мощности (КДМ) это устройство с четырьмя портами (восьмиполюсник), предназначенное для получения двух сигналов половинной мощности, сдвинутых по фазе друг относительно друга на Pi / 2 Порты соединяются отрезками микрополосковых линий (МПЛ) так, чтобы обеспечить заданный алгоритм функционирования устройства.

Одно из превосходных применений квадратурных соединителей — согласование импедансов пар устройств. Устройства располагаются таким образом, что отражения от них нагружаются на нагрузке, изолированной от входа квадратурного соединителя. Этот приём возможен только благодаря 90-градусной (квадратурной) разности фаз между связанным и сквозным плечами.Квадратурные соединители также используются для того, чтобы сделать отражательные аттенюаторы (например, шунтирующие PIN-диоды) поглощающими.

Топология стандартного двухшлейфного направленного ответвителя представлена на рис. 2. Для расчета его параметров требуется определить длину волны в линии на центральной частоте устройства и ширину линий передачи для требуемых значений волновых сопротивлений отрезков Z1 и Z2. В свою очередь, волновые сопротивления Z1 (5) и Z2 (6) четвертьволновых отрезков МПЛ рассчитываются с учетом требуемого коэффициента деления мощности k (7) между выходными портами направленного ответвителя [19]:

где Р3, Р4 – мощности сигналов на выходах с номерами 3, 4; Z0 – волновое сопротивление подводящих линий. При равном делении входной мощности между выходами ответвителя коэффициент k = 1. Тогда при Z0 = 50 Ом имеем Z1 = 50 Ом, Z2 = 35,35 Ом.

Габариты обычного двухшлейфного моста определяются размерами четвертьволновых отрезков МПЛ L2 и шлейфов L1. Из рис. 2 видно, что в таком устройстве между двумя парами четвертьволновых отрезков микрополосковой линии заключена площадь S, которая не имеет технического назначения и которую можно использовать для размещения проводников в компактном ответвителе.

21. Делитель Вилкинсона. Принцип работы, конструкция и применение.

Wilkinson divider - трёхпортовое устройство.Принципиальная схема:

В области микроволновой техники и схемотехники делитель мощности Уилкинсона представляет собой особый класс схем делителей мощности, которые обеспечивают изоляцию между выходными портами, сохраняя согласованность на всех портах. Схема Уилкинсона также может использоваться в качестве сумматора мощности, поскольку состоит из пассивных компонентов и, следовательно, является симметричной.

22. Технология SIW. Принцип работы, рабочие характеристики. Методы возбуждения волны в SIW волноводе.

Substrate-Integrated Waveguide (SIW) — технология, которая сочетает преимущества планарных схем и характеристик традиционных прямоугольных волноводов. Она позволяет создавать эффективные схемы и компоненты для работы в радиочастотном (RF) и микроволновом спектре, включая фильтры, мультиплексоры, делители/объединители мощности, антенны и датчики.

Принцип работы

SIW представляет собой планарную структуру, которая по электродинамическим свойствам схожа с прямоугольным волноводом. Она состоит из:

Диэлектрической подложки, ограниченной с двух сторон металлическими слоями.

Двух рядов металлических штырей (vias), которые электрически соединяют верхний и нижний металлические слои.

Таким образом, электромагнитные волны распространяются внутри диэлектрической подложки, что аналогично работе прямоугольного волновода

Рабочие характеристики

• Режим распространения. SIW поддерживает только поперечную электрическую (TE) моду распространения. Основная мода аналогична моде TE10 прямоугольного волновода.

• Сравнение с традиционными волноводами. Характеристики распространения волн в SIW схожи с характеристиками диэлектрически заполненного прямоугольного волновода.

• Низкие потери. Технология обеспечивает низкие потери при распространении сигнала, что делает её привлекательной для высокочастотных систем.

• Высокая добротность (Q). SIW обладает высокой добротностью, что важно для некоторых приложений, например, в фильтрах.

• Компактность. Возможность интегрировать все компоненты на одной подложке (пассивные элементы, активные устройства, массивы) позволяет создавать миниатюрные устройства с высокой степенью интеграции.

• Технологическая простота изготовления. SIW можно изготавливать с использованием стандартных методов обработки печатных плат или других планарных технологий (например, низкотемпературной керамики — LTCC).

Как пример возбуждения волны через микрополосок

через щелевой метод (Slot coupling)

Помогутка:

Возбуждение волны в SIW (Substrate Integrated Waveguide — волновод, интегрированный в подложку) сводится к эффективному переходу от планарных линий передачи к волноводной моде TE10.

Вот основные методы, используемые на практике:

1. Микрополосковый переход (Microstrip Transition)

Самый популярный метод из-за простоты реализации.

• Суть: Микрополосковая линия плавно расширяется (используется сужающийся тейпер), переходя в ширину SIW-структуры.

• Плюс: Простота изготовления в одном слое.

• Минус: Требует тщательного согласования импедансов для минимизации отражений.

2. Копланарный переход (GCPW Transition)

Переход от заземленного копланарного волновода (Grounded Coplanar Waveguide).

• Суть: Центральный проводник копланарной линии заходит внутрь SIW, а боковые «земли» соединяются с рядами переходных отверстий (виасов).

• Плюс: Хорошо работает на миллиметровых волнах, так как копланарные линии имеют меньшие потери на излучение на высоких частотах.

3. Зондовое возбуждение (Probe Coupling)

Аналог классического возбуждения волновода коаксиальным зондом.

• Суть: Коаксиальный разъем (например, SMA) монтируется перпендикулярно плоскости платы. Центральный штырь проходит сквозь диэлектрик и контактирует с верхней металлической плоскостью SIW.

• Плюс: Позволяет подавать высокую мощность напрямую с кабеля.

• Минус: Сложность монтажа и паразитная индуктивность зонда на очень высоких частотах.

4. Апертурная связь (Aperture Coupling)

Бесконтактный метод передачи энергии.

• Суть: Энергия передается через щель (слот) в общей «земляной» плоскости между питающей линией (на нижнем слое) и SIW-каналом (на верхнем слое).

• Плюс: Хорошая изоляция цепей и возможность создания многослойных структур.

• Минус: Узкая полоса пропускания.

5. Щелевое

• Суть: Возбуждение происходит через щель, прорезанную в верхней металлизации SIW.

• Применение: Часто используется в антенных решетках, где SIW служит питающим фидером для щелевых излучателей.

Другой вариант:

Возбуждение основной волны TE10 в SIW (волноводах, интегрированных в подложку) осуществляется методами перехода от планарных линий, чаще всего микрополосковой линией (через конический переход), коаксиально-волноводным переходом (зонд) или щелевым возбуждением. Эти методы обеспечивают согласование импедансов между открытой схемой и закрытым SIW-волноводом.

Основные методы возбуждения SIW:

• Микрополосковый переход (Tapered transition): Самый распространенный способ. Микрополосковая линия постепенно расширяется, переходя в верхнюю металлизацию SIW-волновода. Снизу находится заземляющая плоскость, образуя переход от асимметричной линии к симметричной структуре SIW.

• Зондовое возбуждение (Coaxial-to-SIW): Коаксиальный кабель подключается вертикальным зондом (центральной жилой) прямо в центр SIW-волновода. Зонд возбуждает электрическое поле Ez, соответствующее моде TE10.

• Щелевое возбуждение (Slot coupling): Использование щели в заземляющей плоскости под SIW-волноводом для электромагнитной связи, что часто применяется в многослойных структурах.