Wilkinson Power Divider Simulation

Beschreibung

Der Wilkinson-Leistungsteiler wurde 1960 zum ersten Mal von Ernest Wilkinson eingeführt. Seine vorgeschlagene Konfiguration war in der Lage, entweder ein Eingangssignal in zwei gleichphasige Ausgangssignale aufzuteilen oder zwei gleichphasige Eingangssignale zu kombinieren. Die Technik, die verwendet wird, um die geteilten Ports an den gemeinsamen Port anzupassen, ist der Viertelwellentransformator. Um alle drei Ports gleichzeitig anzupassen, befindet sich zwischen dem zweiten und dritten Port ein Widerstand. Dieser Widerstand trennt diese beiden Ports grundsätzlich bei der Betriebsfrequenz des Splitters. In diesem Beispiel wurde ein gedruckter Wilkinson-HF-Leistungsteiler, der bei 9 GHz arbeitet, mit HFWorks modelliert, und die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten werden zusammen mit anderen Parametern dargestellt.

Abbildung 1 - 3D-Ansicht des modellierten Wilkinson-Teilers

Das Modell wurde optimiert: Die besten Abmessungen wurden verwendet, um das Beispiel in 3D zu zeichnen. Die Abmessungen sind in dieser Abbildung beschrieben.

Simulation

Die Simulation dieses Leistungsteilers wurde mit einer Streuparameter-Studie von 4 GHz bis 12 GHz durchgeführt. Die Schaltung hat sich als effizient erwiesen, indem sie die Leistung in zwei gleichphasige Ausgänge aufteilt.

Körper und Materialien

Unter Berücksichtigung der sehr geringen Tiefe des Skin-Effekts können wir mehrere Leiter modellieren, indem wir ihnen Luft zuweisen. Das Material des Substrats ist aus der Materialbibliothek frei wählbar; Wir können Materialien anwenden, die wir selbst definieren. Zusammen mit diesem Material können wir eine Signalgrenzbedingung für den HF-Träger und eine PEC-Grenzbedingung für das Grundmetall unter dem Substrat festlegen.

Eingabegrößen und Randbedingungen

Die Ports werden an das Pad des Haupterregungspfads angelegt. Dem Leiter, der die HF trägt, wird eine Signalgrenzbedingung zugewiesen.

Vernetzen

Das Modell hat keine besonderen Formen. Ein gleichmäßiges Gitter der Anordnung sollte ausreichen, ohne besondere Netzsteuerungen anzuwenden.

Ergebnisse

Die Animation der Verteilung des elektrischen 3D-Feldes durch Variation des Omega-T-Winkels gibt uns einen Hinweis darauf, wie sich die Welle in den Port ausbreitet und innerhalb der beiden Zweige des Teilers "aufgeteilt" wird. Wir können zunächst die Kurve des Reflexionskoeffizienten am Port betrachten, um zu entscheiden, welche Frequenz die beste Übereinstimmung und damit die beste Ausbreitung in die beiden Ports ergibt. Es ist jedoch möglich, das Nahfeld auch für Frequenzen ohne Ausbreitung anzuzeigen stattfinden.

Abbildung 3 - Wellenausbreitung im Leistungsteiler bei 10 GHz

Diese Figur zeigt graphische Darstellungen der Variation des Reflexionskoeffizienten und der Einfügungsdämpfung des Teilers.

Blau=S11 ; Rot=S21 ; Grün=S31

Abbildung 4 - Variationen des Reflexionskoeffizienten und der Einfügungsverluste an den Ausgängen

Wir können sehen, dass die beiden Ausgänge einen Leistungsverlust von 3 dB relativ zum Eingang aufweisen: Die Leistung ist gut in Hälften aufgeteilt. In dieser Abbildung zeigen wir eine verallgemeinerte Streuparametermatrix im dB/Phasen-Format (polar mit einer in dB ausgedrückten Größe). wir können sehen, dass S21 und S31 fast gleich sind (-3 dB=0,5) und sowohl die Isolation als auch die Rückflussdämpfung besser als -14 dB sind.

Abbildung 5 - Ergebnistabelle mit verschiedenen berechneten Parametern (innerhalb der Registerkarten)