Делитель в полосковом исполнеини

[uve]

Павел, ответьте мне на вопрос: физика образования параметра S21 - из чего складывается величина -3.7 дБ?

[Pawell]

Здравствуйте, Uve, спасибо за поддержание темы, также благодарен за вопрос, хотя от Вас он звучит риторически. Полное представление физики процесса и матричное описание многополюсников интересующимся лучше меня объяснит множество прекрасных книг по теории цепей СВЧ.

Кое-что в Ваших высказываниях мне не понятно, прошу помочь разобраться.

Это синфазный делитель мощности, развязка ему не нужна. На мой взгляд, можно побороться за уменьшение потерь, 3.7 дБ многовато.

Извините за вопрос...Вы называете элементы матрицы рассеяния S21 и S31 потерями??? Это заблуждение. Физический смысл этих элементов - коэффициенты передачи по нормированным напряжениям между двумя входами (1 и 2; 1 и 3 соответственно) полюсника. Первый индекс - номер выхода, на который мощность передаётся, второй индекс - номер входа с подключённым источником, т.е. вход с падающей волной. Таким образом, 3 (половина мощности) из этих 3,7дБ - ослабление (коэффициент передачи) мощности по выходам, а остальное уменьшение мощности связано с потерями в вмысле преобразования энергии ЭМ поля в тепло: нагрев проводников и диэлектрика (геометрия подложки и экранирующего корпуса выбраны таким образом, чтобы обеспечить одномодовый режим и минимизировать паразитное излучение).

HFSS считает входной импеданс любого порта для параллельного соединения линий делителя.

Могу ошибаться, но полагаю, что HFSS изначально считает матрицы, связывающие электрические режимы всех (независимо от включенных/выключенных в модели) портов полюсника. А с помощью постобработки можем выводить всё, что пожелаем.

При такой ситуации, мощность делится на две линии. Но ввиду синфазности напряжений 2 и 3 портов, энергия ЭМПоля может поступать только к первому порту.

Абстрагируясь от сопротивлений в сечениях делителя, в силу очевидной симметрии конструкции можно понять, что поток мощности не просто делится, а делится поровну. А дальше вопрос такой: почему Вы решили, что напряжения волн в выходных портах синфазны?

Положим, сдвинули плоскости отсчёта фаз портов вплотную к плате, получим практически синфазные выходы. Если посмотрите развязку, она останется практически тойже - на уровне -6дБ. Значит, очень даже обмениваются порты 2 и 3 друг с другом энергией, но делают это в равной степени. Или я ошибаюсь?

Получается, считать Ксв 2 и 3 портов нет смысла.

Подозреваю, вывод такой делать поспешно. Для HFSS порты (в данной модели) равноправны, они абсолютно идентичны. Считаются элементы S22, S33 также, как и S11. Если S22 и S33 имеют ссмысл, то почему КСВ2 и КСВ3 не имеют?

[uve]

Добрый вечер, Павел. Ещё немного и нас будет консенсус.
1 Почему нет смысла оценивать Ксв 2 и 3 портов? и почему параметр S21 и S31 именно в нашей схеме не несёт полезной информации?:

Представьте, что Вы ориентируетесь на эти параметры используя сумматор для двух синфазных сигналов равной мощности 1 Вт и 1 Вт. Раз их складывают, то естественно хотят получить мощность 2 Вт. Поскольку у Вас S21 и S31 по -3.7 дБ, то Вы получите суммарную мощность менее 1 Вт. И что это за сумматор такой?
Реально же Вы получите около 2-х Вт, при синфазных сигналах, потому что мощность сигнала попадёт только к первому порту, т.к. на месте стыка линий в 3 порту всё время равный мгновенный потенциал 2-му порту. А к потерям имеет отношение величина 0.7 дБ.
Проверьте мои доводы не измерением Ксв и S21(S31), а измерением мощности суммы двух синфазных сигналов в 1 порту или расчётом в HFSS.

[Ann]

Pawell все правильно. У Т делителя изоляции меду 2 и 3 портами практически нет. По этому чаще используют Вилкинсона и др делители. Что касаемо обединения в матрицу пары антенн для 2.4Ghz диапазона чаще используют Вилкинсона для синфазных или квадратурники, ширина полосы под 100Mhz требуется и компенсация неточностей и разбросов все же требуется.
На сайте CST пару красивых гифок, как пример, есть -> https://www.cst.com/academia/examples/wilkinson-power-divider

[Pawell]

Доброго дня, Uve! Наверно, следует договориться о понятиях: когда речь идёт о делителе, мы смотрим S21, S31 (кроме всего прочего). Расчётные и измеренные значения этих параметров в какой-то степени близки (примерно -4 дБ), это неплохо, учитывая различия модели и реального устройства. Если мы говорим о сумматоре, то нас интересуют параметры S12, S13. Они тоже равны примерно -4 дБ, и это, мягко говоря, не очень хороший результат. В данном случае мы имеем равенства S12=S21, S13=S31, S23=S32, которые являются условием взаимности шестиполюсника. Доказана лемма, что такой полюсник не может быть согласован по всем входам. Что мы и видим: элементы S22, S33 по -6 дБ (или в терминах КСВ 2 и 3 портов) говорят о том, что на этих входах теряется мощность из-за несогласованности. Хотелось бы выяснить: как сделать шестиполюсник согласованным по входам, но невзаимным, т.е. нарушить приведённые равенства и не получить циркулятор. Если так не получится, то реально ли сделать несогласованный по входу делитель/согласованный по входам сумматор.

[Pawell]

Pawell все правильно. У Т делителя изоляции меду 2 и 3 портами практически нет. По этому чаще используют Вилкинсона и др делители. Что касаемо обединения в матрицу пары антенн для 2.4Ghz диапазона чаще используют Вилкинсона для синфазных или квадратурники, ширина полосы под 100Mhz требуется и компенсация неточностей и разбросов все же требуется.
На сайте CST пару красивых гифок, как пример, есть -> https://www.cst.com/academia/examples/wilkinson-power-divider

Ann, спасибо, интересная ссылочка!

[Pawell]

Результаты измерения сумматора. Поскольку аппаратура двухканальная, пришлось третий порт нагружать 50 Ом (также измерял и делитель). Если в модели поменять граничные условия на стенках корпуса - copper на radiation, - то на расчётной частоте (2,5 ГГц) КСВ (2 3 портов) получается около двух, по краям увеличивается до 2,2-2,4.

[Pawell]

Несколько слов к теме. Даже при использовании гениальной схемы делителя/сумматора Вилкинсона, соглассованного по всем входам, развязанного по выходам, коэффициенты передачи равны по -3dB. Поэтому, как бы не хотелось, уважаемый тов. Uve, а при сложении двух сигналов по 1 Вт получается, в лучшем случае, сигнал мощностью 1Вт.

[uve]

Pawel, мост Вилкинсона имеет балластный резистор, он и поглощает мощность, зато обеспечивается развязка 2 и 3 плеча.
Наш же сумматор используется во множестве антенн, представленных на этом форуме. Следуя Вашему утверждению, нет смысла делать синфазную антенну из, к примеру, двух патчей с параллельной запиткой. Т.к. по Вашему, мы потеряем 3 дБ, а два патча как раз и должны были увеличить усиление в два раза (+3 дБ). Форум можно закрывать? Может всё же вникните в мои сообщения?

[lipton]

а при сложении двух сигналов по 1 Вт получается, в лучшем случае, сигнал мощностью 1Вт.

Обалдеть... А пацаны то и не знают... Так и продолжают делать усилители по двухтактной схеме... И с мостами Вилкенсона, и с аналогичными Вашему, и с другими! И имеют на выходе два киловата при сложении двух трактов по 1-му киловатту!

[yurik82]

https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_power_divider

No loss occurs when the signals at ports 2 and 3 are in phase and have equal magnitude.
In case of noise input to ports 2 and 3, the noise level at port 1 does not increase, half of the noise power is dissipated in the resistor.

При сложении синфазного сигнала равной амплитуды резистор не поглощает половину энергии.
При сложении несинфазного сигнала (например шума), половина рассеивается резистором, а половина суммы доходит на порт_1
При сложении синфазного сигнала неравной амплитуды, некоторая часть поглотится резистором.

[Pawell]

Здравствуйте, тов. Uve!

Может всё же вникните в мои сообщения?

Иногда это опасно, полюбуйтесь, как действует Ваш гипноз:

Обалдеть... А пацаны то и не знают... Так и продолжают делать усилители по двухтактной схеме... И с мостами Вилкенсона, и с аналогичными Вашему, и с другими! И имеют на выходе два киловата при сложении двух трактов по 1-му киловатту!

теперь по сути

мост Вилкинсона имеет балластный резистор, он и поглощает мощность, зато обеспечивается развязка 2 и 3 плеча.

Благодаря сопротивлению обеспечивается не только развязка выходов, но и согласование по всем портам, что не может быть реализовано для взаимного недиссипативного 6-ти полюсника. Большую роль для развязки играет не поглощение энергии, а другое явление!!!!! Поглощения вообще может не быть, например, в режиме делителя, что Вам добрые люди уже разъяснили по-русски и на импортном.

Следуя Вашему утверждению, нет смысла делать синфазную антенну из, к примеру, двух патчей с параллельной запиткой. Т.к. по Вашему, мы потеряем 3 дБ, а два патча как раз и должны были увеличить усиление в два раза (+3 дБ)

1) Теория СВЧ цепей блестяще описывается аппаратом линейной алгебры. Записываем модули коэффициентов матрицы рассеяния 6-ти полюсника, задаём (если речь о сумматоре) S22=S33->0, развязку и S11 по-своему вкусу. Из условия унитарности матрицы найдите коэффициенты передачи. Сможете получить лучше, чем -3dB?
2) Не по-моему утверждению, а теоретически, теряем половину мощности с каждого излучателя.
3) должны ли увеличить два патча усиление в 2 раза - это ещё вопрос, так как есть понятие множителя решётки, который не равен количеству излучателей.

[lipton]

Иногда это опасно, полюбуйтесь, как действует Ваш гипноз:

Уважаемый, полегче...
Сходите сюда и почитайте внимательно, а потом поговорим!

[uve]

Здравствуйте, тов. Uve!
1) Теория СВЧ цепей блестяще описывается аппаратом линейной алгебры. Записываем модули коэффициентов матрицы рассеяния 6-ти полюсника, задаём (если речь о сумматоре) S22=S33->0, развязку и S11 по-своему вкусу. Из условия унитарности матрицы найдите коэффициенты передачи. Сможете получить лучше, чем -3dB?
2) Не по-моему утверждению, а теоретически, теряем половину мощности с каждого излучателя.
3) должны ли увеличить два патча усиление в 2 раза - это ещё вопрос

Здравствуйте, господин Pawell !
Я понял, у Вас высшее образование , но без среднего. Попробую объяснить попроще: Если к проводу подключить батарейку, то по ней потечёт электрический ток. Если к этому же проводу подключить две одинаковые батарейки с противоположных концов и обе плюсовым потенциалом, то ток не потечёт. И это не смотря на то, что параметры S11,S22,S21 блестяще рассчитаны аппаратом линейной алгебры и неизменны для этого провода.

[Pawell]

Уважаемый, полегче...
Сходите сюда и почитайте внимательно, а потом поговорим!

sorry, если чего. Попытаюсь сначала с пассивными устройствами разобраться. Ясного представления, как видно, нет не только у меня.