Операционный принцип делителя мощности с углом 0 градусов.

Принцип работы делителя мощности 0°

Основной принцип работы делителя мощности с углом 0° заключается в его специальной схемотехнике, которая обеспечивает распределение энергии входного сигнала (или синтезирование нескольких сигналов), одновременно гарантируя строгую фазовую когерентность (разность фаз 0°) на всех выходных портах. Его реализация основана на характеристиках линий передачи, согласовании импедансов и конструкции изоляции. Ниже приведено подробное объяснение с четырех аспектов: распределение сигнала, управление фазой, согласование импедансов и механизмы изоляции.

1.  Распределение энергии сигнала: разделение мощности на основе линий передачи

Основная функция делителя мощности с углом 0° заключается в равномерном распределении энергии входного сигнала по нескольким выходным портам (например, двухсторонний делитель равномерно разделяет входную мощность между двумя выходами, при этом каждый теоретически теряет 3 дБ). Это достигается с помощью структур разветвлений линий передачи, включая микрополосковые линии, стриплайны, волноводы или коаксиальные линии.

Например, в двухстороннем делителе мощности с углом 0° входной сигнал проходит по основной линии передачи к узлу, где он разделяется на две идентичные подлинии передачи (с согласованной длиной и импедансом), равномерно распределяя энергию между двумя выходными портами.

Для многополосных делителей (например, 4-полосных или 8-полосных) используется каскадная разветвленная структура: входной сигнал сначала разделяется на два пути, каждый из которых затем дополнительно делится, в итоге формируя несколько выходов. Каждый этап разветвления сохраняет строгую симметрию параметров линий передачи, чтобы обеспечить равномерное распределение энергии.

2.  Контроль фазовой когерентности: симметричная структура и согласование линий передачи

Ключевой особенностью делителя мощности с углом 0° является идентичная фаза на выходе всех портов, что обеспечивается:

Структурная симметрия: Все выходные пути (длина линии передачи, материал, геометрия) полностью симметричны. Например, в двухстороннем делителе две подлинии передачи должны иметь точно равные длины, чтобы обеспечить одинаковые задержки распространения сигнала (разница фаз определяется задержкой; одинаковые задержки приводят к разнице фаз 0°).

Калибровка электрической длины: Даже при ограничениях по компоновке, корректировки (например, компенсирующие линейные участки) обеспечивают одинаковые электрические длины (физическая длина относительно длины волны). Для конструкций микрополосковых линий точные расчеты дорожек печатной платы компенсируют отклонения фазы, вызванные асимметрией.

Эти меры гарантируют, что сдвиг фазы от входа к каждому выходному порту одинаков, сохраняя разницу фаз минимальной (обычно ≤5°, или ≤1° для высокоточных приложений).

3.  Согласование импеданса: Безотражательная передача сигнала

Чтобы предотвратить отражения сигнала (приводящие к потере энергии или ухудшению КСВ), делитель мощности должен обеспечивать:

Согласование импеданса входного/выходного порта (например, 50 Ом для стандартных систем).

Соединительное согласование импеданса с помощью трансформирующих структур (например, ступенчатых импедансов или λ/4-трансформаторов).

Для двухстороннего делителя:

Основная линия передачи (Z₀ = 50 Ом) соединяется с двумя подлиниями. На стыке эквивалентное сопротивление должно соответствовать 2Z₀ (поскольку параллельные ветви уменьшают сопротивление вдвое, каждая подлиния рассчитана на 2Z₀).

Трансформатор λ/4 (например, 70,7 Ом при Z₀ = 50 Ом) преобразует 2Z₀ в 50 Ом на выходах, обеспечивая полное согласование по всей цепи.

4.  Механизм изоляции: минимизация помех портов

Когда выходные порты подключаются к несоответствующим нагрузкам (или испытывают обратные сигналы), перекрёстные помехи могут нарушить фазовую когерентность. Изоляционные схемы (например, резисторы или сети) подавляют помехи:

Изолирующие резисторы: Размещаясь между выходными ветвями (например, 100 Ом для двухполосных делителей), они поглощают отражённую энергию, а не передают её на другие порты, сохраняя независимость сигнала и стабильность фазы.

Более высокая изоляция (например, ≥20 дБ) улучшает стабильность делителя.

Пример: Микрополосковый двухсторонний делитель мощности 0°

Типичная реализация микрополоски работает следующим образом:

Входной сигнал (50 Ом) проходит по основной микрополосковой линии к соединению.

Две симметричные подмикрополоски (одинаковой длины, импеданс 70,7 Ом) разделяют сигнал.

Трансформаторы λ/4 (70,7 Ом) преобразуют импеданс до 50 Ом на выходах, минимизируя отражения.

Изолирующий резистор сопротивлением 100 Ом соединяет подмикрострипы, поглощая отражения для предотвращения перекрестных помех.

Одинаковые длины суб-микрополосков обеспечивают разницу фаз на выходах, равную 0°.

Резюме

0° делитель мощности обеспечивает равномерное распределение энергии (или объединение сигналов) с синхронизированными фазами на выходе за счет:

Симметричные линии передачи для фазовой когерентности.

Согласование импеданса для передачи без отражений.

Изолирующие резисторы для подавления помех на портах.

Это делает его критически важным для фазочувствительных приложений, таких как радары с фазированными решётками и многоволновые антенные системы связи.