Краткий ответ
Сначала определяют функцию тракта. Делитель нужен для получения нескольких контролируемых выходов от общего входа; сумматор — для сложения источников, амплитуда и фаза которых удерживаются в заданных пределах; направленный ответвитель — для отбора части падающей или отраженной волны при сохранении основного проходного канала. Затем при одинаковых плоскостях отсчета и нагрузках сравнивают полные и добавочные потери во всей полосе, баланс амплитуды и фазы, развязку или направленность, согласование, среднюю и пиковую мощность и поведение при рассогласовании. Кандидат исключают, если назначение портов, нагрузки неиспользуемых портов, условия измерения или определение мощности неясны.
Выбор семейства по системной задаче
| Задача | Базовое решение | Что требуется подтвердить | Когда исключить |
|---|---|---|---|
| Один вход, несколько равноценных выходов | Делитель 0° или Wilkinson | Число каналов, идеальное деление, добавочные потери, амплитудно-фазовый баланс, развязка | Нет данных на краях полосы или по температуре |
| Сложение когерентных источников | Взаимный делитель/сумматор, гибрид или специальная схема | Допуск амплитуды и фазы, связь входов, мощность каждого порта | Один источник может получить опасную обратную мощность от другого |
| Контроль падающей или отраженной мощности | Направленный или двунаправленный ответвитель | Коэффициент и неравномерность связи, направленность, потери главной линии, ориентация | Утечка противоположной волны сопоставима с измеряемым сигналом |
| Квадратурные или дифференциальные выходы | Гибрид 90° или 180° | Баланс амплитуды/фазы, развязка, полоса, нагрузки | Остаточная ошибка превышает запас калибровки |
| Очень широкая полоса до низких частот | Резистивный делитель при допустимых потерях | Полные потери, развязка, нагрев, влияние на шумовой бюджет | Потери или перекрестная связь исчерпывают системный запас |
Порты и плоскости отсчета должны быть однозначны
Значение потерь, согласования или развязки имеет смысл только вместе с указанием возбуждаемого порта, наблюдаемого порта и нагрузок остальных портов. Разомкнутый или неправильно нагруженный порт изменяет характеристики трех- и четырехпортовой схемы. В протоколе фиксируют волновое сопротивление, плоскости на разъемах, включенные кабели и переходы, КСВ источника/нагрузки и применение удаления влияния оснастки.
Для деления обозначают общий вход и все выходы. Для суммирования подтверждают взаимность и допустимую обратную связь между источниками. Для ответвителя сохраняют обозначения входа, выхода, связанного и изолированного портов и ориентацию для прямой и обратной волны.
Потери деления и добавочные потери
Идеальный N-канальный делитель неизбежно уменьшает мощность каждого равного выхода на 10 log10(N) дБ. Сверх этого возникают потери в проводниках, диэлектрике, трансформирующей структуре и из-за рассогласования. В документации могут быть указаны полные потери пути либо только превышение над идеальным делением.
| Каналы | Идеальная доля мощности | Потери деления |
|---|---|---|
| 2 | 50% | 3,01 дБ |
| 3 | 33,3% | 4,77 дБ |
| 4 | 25% | 6,02 дБ |
| 8 | 12,5% | 9,03 дБ |
Пример для двух каналов
Измерены 3,45 дБ до выхода 1 и 3,62 дБ до выхода 2. После вычитания идеальных 3,01 дБ добавочные потери равны 0,44 дБ и 0,61 дБ, разбаланс амплитуды — 0,17 дБ. При +30 dBm на входе без поправки на рассогласование ожидаются примерно +26,55 dBm и +26,38 dBm. Фаза, развязка, возвратные потери и мощность проверяются отдельно.
Баланс, развязка и направленность решают разные задачи
Баланс амплитуды и фазы определяет когерентность параллельных ветвей. Ошибка превращается в искажение диаграммы направленности, неполное подавление, потерю калибровочного запаса или неравномерное распределение мощности. Используют худшее значение по частоте и температуре.
Развязка делителя показывает нежелательную связь между выходами. При малой развязке отражение одной нагрузки влияет на другую ветвь. В режиме суммирования источники видят друг друга, а фазовая ошибка может рассеивать мощность в изолирующем резисторе.
Направленность ответвителя характеризует разделение волн противоположных направлений. Для положительных величин в дБ часто используют направленность = развязка - коэффициент связи - потери главной линии, но применяют определения изготовителя.
Мощность задают для всех портов
Одной суммарной выходной мощности для выбора сумматора недостаточно. Нужны средняя и пиковая мощность каждого входа, ошибки амплитуды и фазы, скважность или пик-фактор, температура, КСВ нагрузки и аварийные режимы. При уходе источников по фазе полезная мощность снижается, а внутреннее рассеяние растет.
Для ответвителя отдельно проверяют мощность главной линии, связанного порта и нагрузки изолированного порта. Для импульсов задают длительность, частоту повторения и пиковую мощность огибающей; для модуляции — среднюю мощность и пик-фактор.
План измерения и проверки
- Калибровать до согласованных плоскостей и записать кабели, переходы и de-embedding.
- Нагрузить все неиспользуемые порты согласованными нагрузками нужной полосы и мощности.
- Измерить возвратные потери, передачу и развязку во всех требуемых направлениях.
- Рассчитать баланс амплитуды и фазы из одного частотного прохода.
- Для ответвителя проверить неравномерность связи и направленность с указанием ориентации.
- Повторить при рабочей мощности и оценить нагрев и дрейф.
- Провести испытание рассогласованием с заданными КСВ, фазой, временем и критерием.
- Разделить квалификацию и приемочный контроль, сохранив корреляцию.
Типичные ошибки
- Сравнение полных и добавочных потерь.
- Применение ответвителя вместо равного делителя.
- Суммирование без допусков амплитуды, фазы и отказа канала.
- Работа с незагруженными портами.
- Требование развязки без контроля согласования.
- Оценка баланса только в центре широкой полосы.
- Перенос CW-мощности на импульс или рассогласование.
- Игнорирование нагрева изолирующего пути.
Минимальные данные для RFQ
- Функция и число портов
- Рабочая и защитная полосы, температура
- Импеданс, разъемы, плоскости отсчета
- Коэффициент деления/связи и неравномерность
- Полные и добавочные потери раздельно
- Баланс амплитуды и фазы
- Развязка, направленность, возвратные потери
- Средняя, пиковая и импульсная мощность каждого порта
- КСВ, фаза, длительность аварии и выживаемость
- Габариты, монтаж, охлаждение и среда
- Квалификация, приемочные пределы и формат данных
