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9.10: Combinador y divisor Wilkinson

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    Un combinador se utiliza para combinar la energía de dos o más fuentes. Un uso típico es combinar la potencia de dos amplificadores de alta potencia para obtener una potencia más alta de la que estaría disponible de otra manera. Los divisores dividen la potencia para que la potencia de un amplificador se pueda enrutar a diferentes partes de un circuito.

    El divisor Wilkinson se puede utilizar como combinador o divisor que divide la potencia de entrada entre los puertos de salida [14]. La Figura\(\PageIndex{1}\) (a) es un divisor bidireccional que divide la potencia en el puerto\(1\) por igual entre los dos puertos de salida en Puertos\(2\) y\(3\). Una visión particular que trajo Wilkinson fue la introducción de la resistencia entre los puertos de salida y esto actúa para suprimir cualquier desequilibrio entre las señales de salida debido a no idealidades. Si la división es exacta, no fluirá corriente en la resistencia. El circuito funciona menos bien como combinador de propósito general. Idealmente poder entrando en Puertos\(2\) y\(3\) se combinaría sin pérdidas y aparecería en Puerto\(1\). Una aplicación típica es combinar la potencia en la salida de dos transistores emparejados donde se puede esperar que la amplitud y la fase de las señales coincidan estrechamente. Sin embargo, si las señales no son idénticas, la porción que no coincide será absorbida en la resistencia. El ancho de banda del combinador/divisor Wilkinson está limitado por las líneas largas de un cuarto de longitud de onda.

    Por lo tanto, los\(S\) parámetros del divisor de potencia Wilkinson bidireccional con una división igual de la potencia de salida son

    \[\label{eq:1}\mathbf{S}=\left[\begin{array}{ccc}{0}&{-\jmath /\sqrt{2}}&{-\jmath /\sqrt{2}}\\{-\jmath /\sqrt{2}}&{0}&{0}\\{-\jmath /\sqrt{2}}&{0}&{0}\end{array}\right] \]

    La Figura\(\PageIndex{1}\) (b) es una representación compacta del divisor Wilkinson bidireccional, y un divisor Wilkinson de tres vías se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\) (d). Este patrón se puede repetir para producir división de potencia\(N\) -way. La versión de elementos agrupados del divisor Wilkinson que se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\) (c) se basa en el\(LC\) modelo de un segmento de línea de transmisión de un cuarto de longitud de onda larga. Con una impedancia\(50\:\Omega\) del sistema y frecuencia central de\(400\text{ MHz}\), los elementos del elemento agrupado son (de la Sección 22.7.2 de [15])\(L = 28.13\text{ nH},\: C_{1} = 11.25\text{ pF},\: C_{2} = 5.627\text{ pF},\) y\(R = 100\:\Omega\).

    La Figura\(\PageIndex{2}\) (a) es la disposición de una realización directa de microcinta de un divisor Wilkinson. En la Figura\(\PageIndex{2}\) (b) se muestra un diseño de microcinta de alto rendimiento, donde las líneas de transmisión están curvadas para acercar los puertos de salida entre sí para que se pueda usar una resistencia de chip.

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    Figura\(\PageIndex{1}\): divisor Wilkinson: (a) divisor bidireccional con Port\(1\) siendo la señal combinada y Puertos\(2\) y\(3\) siendo las señales divididas; (b) representación menos abarrotada; (c) implementación de elementos agrupados; (d) divisor de tres vías con Port\(1\) siendo la señal combinada y Puertos\(2\),\(3\), y\(4\) siendo las señales divididas; y (e) — (h) pasos en la derivación de la impedancia de entrada.

    clipboard_e4276b6d2c8c32f6b58644051c6213785.png

    Figura\(\PageIndex{2}\): Combinador y divisor Wilkinson: (a) realización de microstrip; y (b) implementación de microstrip de mayor rendimiento.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Lumped-Element Wilkinson Divider

    Diseñe un\(2\) divisor Wilkinson de elementos agrupados en un\(60\:\Omega\) sistema. La frecuencia central del diseño debe ser\(10\text{ GHz}\).

    Solución

    El diseño comienza con la forma de línea de transmisión del divisor Wilkinson que se convertirá en una forma de elemento grumo-último. Los parámetros de diseño son\(Z_{0} = 60\:\Omega ,\: f = 10\text{ GHz},\:\omega = 2\pi 10^{10} = 2.283\cdot 10^{10}\) y así

    \[Z_{01}=\sqrt{2}Z_{0}=84.85\:\Omega ,\quad R=2Z_{0}=120\:\Omega\nonumber \]

    clipboard_e7507a1d944eb032e317ce098df4dc24c.png

    Figura\(\PageIndex{3}\)

    La siguiente etapa es convertir las líneas de transmisión en elementos agrupados. Un diseño de banda ancha de una línea de transmisión de cuarto de longitud de onda se presenta en la Sección 22.7.2 de [15]. Es decir, cada una de las líneas de cuarto de onda tiene el modelo

    clipboard_e970d321cde14370ddea4ee5e4cb6f321.png

    Figura\(\PageIndex{4}\)

    con\(L = Z_{01}/\omega = 84.85/\omega = 954.9\text{ pH},\)

    \(C = 1/(Z_{01}\omega )=1/(84.85\omega ) = 265.3\text{ fF}.\)

    Así que el diseño final del elemento agrupado es

    clipboard_ec35e2e98ffcdb566d7785b22bfd6ce76.png

    Figura\(\PageIndex{5}\)

    con

    \(C_{1}=2C=530.6\text{ fF}\),

    \(C_{2}=C=265.3\text{ fF}\),

    \(L=954.9\text{ pH}\),

    \(R=120\:\Omega\).


    This page titled 9.10: Combinador y divisor Wilkinson is shared under a CC BY-NC license and was authored, remixed, and/or curated by Michael Steer.