033_Splitter之十二：無隔離寬帶功分器的另類拓?fù)?/h1>
Splitter之十二：無隔離寬帶功分器的另類拓?fù)?，碎片三分鐘，收獲一丟丟。
本文做為上一篇文章的續(xù)篇，優(yōu)化了無隔離寬帶功分器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成功地將難加工的細(xì)線3.358mil線寬改善為易于加工的18.309mil粗線，而且將功率分配紋波從+/-0.5dB改善到+/-0.1dB。
島主寫一系列的原創(chuàng)科普文章，是對自己知識體系的一次總結(jié)提煉、查缺補漏的過程，甚至能起到糾錯的作用，島主是凡人，經(jīng)常犯錯。
寫篇文章，總是要拿起紙筆推一推公式，或者點鼠標(biāo)建模型仿真一下，或者上網(wǎng)查一查相關(guān)資料，回爐重造，總會有新的體會。
舉個例子，單節(jié)λ/4阻抗變換器的中間節(jié)阻抗Z2與前后節(jié)阻抗Z1、Z3之間的三節(jié)阻抗是符合等比數(shù)列的：
Z1/ Z2 = Z2 / Z3
推而廣之，四節(jié)或更多節(jié)阻抗應(yīng)該也符合等比數(shù)列吧？？？
錯了！
參見文章028：多節(jié)阻抗之間的電壓反射系數(shù)要符合切比雪夫分布，才獲得最佳指標(biāo)。
無隔離寬帶等功分器的另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在上一篇文章032中仿真了左邊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
其實右邊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是無隔離寬帶等功分器，性能指標(biāo)完全一致，有較多優(yōu)點，只有一個缺點：
優(yōu)點1：只需要一個50歐→25歐多節(jié)阻抗變換器，節(jié)省面積；
優(yōu)點2：阻抗都在50歐以內(nèi)，微帶線變得更粗，減小了工藝加工難度；
優(yōu)點3：粗微帶線損耗更低，間接增大了功率容量；
優(yōu)點4：如果適當(dāng)犧牲上面兩個優(yōu)點，則可以采用更薄介質(zhì)的層疊結(jié)構(gòu)，從而減少了物料成本；
缺點1：右圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只能適用于等功分；
按照文章029和文章032類似的步驟做仿真設(shè)計（略），本文直接給出ADS的完整電路模型和仿真結(jié)果：
可以看出功率分配比、回波損耗指標(biāo)都較好。
最細(xì)的微帶線都有43mil。
大家有沒有注意到，上面的電路圖，沒有ADS專用的T形節(jié)？因為島主發(fā)現(xiàn)增加這個T形節(jié)之后，有時候指標(biāo)變差了。其實ADS只是做為原理性的仿真，指標(biāo)差不多了，就應(yīng)該轉(zhuǎn)到HFSS中去做PCB版圖仿真——島主HFSS用得熟練，所以不習(xí)慣用ADS仿真版圖。
這個T形節(jié)在PCB上是確定存在的，通過HFSS的電磁仿真來全盤考慮所有的分布參數(shù)，包括這個T形節(jié)的分布參數(shù)。
無隔離寬帶不等功分的另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
要解決上一篇文章032的遺留問題：等功分比指標(biāo)出現(xiàn)紋波、3.358mil線寬的高阻抗微帶線。
高阻抗微帶線來源于150歐→50歐的多節(jié)寬帶阻抗變換器中的第一節(jié)。
大家肯定會想到，盡量不用150歐這么高的阻抗就可以了。能否只用100歐來做變換，答案是可以的，但是需要串聯(lián)一個50歐純電阻。
這樣一來，P2的功率也減小了1/3。功率分配比就變成了K2 = 2*(100/(100+50)) = 3了。顯然不符合原指標(biāo)功率分配比K2=2的要求。
如果在增加串聯(lián)電阻Rs的同時，再更新多節(jié)阻抗變換器的阻抗變換比，是不是可以把這個功率分配比調(diào)整過來？
于是就有了下面這個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
根據(jù)指標(biāo)要求，可以列出兩個方程組：
T形節(jié)的阻抗匹配：Z0 = (Z2e+Rs) // Z2e
T形節(jié)功率與阻抗呈反比，再用串聯(lián)電阻分功率的公式，就得到：P3/P2 = K2 = ((Rs+Z2e)/Z2e)2
這兩個公式看起來似乎簡單，但解起來有點復(fù)雜。
做為工程派，野蠻無罪，偷懶有理，還不如直接用鼠標(biāo)點幾下建個模型，再用優(yōu)化算法得到方程組的解：
設(shè)置兩個GOAL，其中一個優(yōu)化T形節(jié)阻抗匹配dB(S(1,1))指標(biāo)在-40dB以內(nèi)。另一個優(yōu)化功率分配比指標(biāo)dB(S(1,3))-dB(S(1,2))在3.00~3.02dB之間。
設(shè)置等效阻抗Z2e和串聯(lián)電阻值Rs。
優(yōu)化結(jié)果顯示在上圖VAR控件中。
說明需要兩個90.9157歐變換到50歐的多節(jié)寬帶阻抗變換器，可根據(jù)《029_野蠻優(yōu)化多節(jié)階梯阻抗變換器》中的方法優(yōu)化設(shè)計出來，也采用8節(jié)。最后得到完整的電路模型（略）。
島主直接畫出完整電路模型，偷懶較徹底，午休前設(shè)置好參數(shù)，人停機不停，CPU算力不浪費，午休后得到如下圖所示的優(yōu)化結(jié)果：
最細(xì)的微帶線線寬是18.309mil。串聯(lián)電阻值33.893歐。
再看回波損耗、功率分配比指標(biāo)：
回波損耗指標(biāo)良好，這么好的回波損耗指標(biāo)（帶寬甚至擴展到接近19GHz）太浪費了，可以試試犧牲一點點，勻點資源到阻抗變換器的節(jié)數(shù)上？例如減少到7節(jié)試試看？（略，有興趣的同學(xué)可以試試看）
功率分配比的紋波從+/-0.5dB降為+/-0.1dB。
此備用方案有一個缺點，在于串聯(lián)電阻Rs的功率容量。根據(jù)《004_微帶線上的RLC最佳封裝》中所說的，微帶線寬與串聯(lián)電阻的最佳封裝寬度之比約0.8倍時分布參數(shù)最接近微帶線本身分布參數(shù)。那么寬度為18.309mil微帶線上串聯(lián)電阻的最佳封裝是0402，功率容量1/16W。
總結(jié)
ü??無隔離的超寬帶功分器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有很多種，具體問題具體分析；
ü??射頻無源器件的設(shè)計，可以犧牲某些不重要的指標(biāo)，以改善重要指標(biāo)，在優(yōu)缺點之間互相轉(zhuǎn)化；
ü??經(jīng)過優(yōu)化無隔離寬帶功分器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成功地將難加工的細(xì)線3.358mil線寬改善為易于加工的18.309mil粗線，而且將功率分配紋波從+/-0.5dB改善到+/-0.1dB。
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