Wilkinson功分器是以其发明者的名字命名的。1960年,ERNEST J. WILKINSON在IRE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES发表了一篇为AN N-Way Hybrid Power Divider的文章。
Wilkinson在这篇文章中介绍了一种新型的功分器,如下图所示。文中的功分器主要由以下部分组成:
(1) 功分器为一条同轴线,其内导体被分成8个长度为λ/4的齿条;
(2) 功分器的输入端有一短路板,连接各个齿条,但是不和地连接
(3) 在齿条的输出端,有一个电阻以放射状与公共结点连接,该结点也不和地连接。
T型功分器,无耗,输出端口之间无隔离度;电阻性功分器,有耗,输出端之间无隔离度;而wilkinson功分器可以同时做到无耗、有隔离度、全端口匹配。
那我们使用功分器的时候,需要注意些什么呢?
(1) 外接的电路的匹配程度会影响功分器隔离度
理想的wilkinson功分器在理想匹配的状态下,输出端能够完美隔离。如下图所示。
但如果输入端口接了一个不是理想匹配的放大器,那隔离度还能有这么多么?
假设在功分器前面是一个驻波不是那么好的放大器,比如回波损耗为12dB。从仿真结果,可以看到,在这个时候功分器的隔离度已经降到18dB。而且,其输出端的回波损耗也从 60dB降为18dB。
实际使用的过程中,不仅要考虑功分器本身的隔离度,还需要考虑其端口的匹配情况。
(2) 中间的电阻的到底需要承受多大的功率呢?
如果功分器的所有端口的负载都是理想50ohm,那么隔离电阻不需要承受功率;如果功分器输出端的不匹配特性完全相同,则隔离电阻也不需要承受功率。
但是实际情况下,这两者情况都很难满足。
所以在功分器的使用过程中,我们有时候选择隔离电阻时,需要考虑到在最差情况下,它需承受的功率耗散。
Case1:
输出端匹配具有相同的反射系数,可以看到此时耗散到电阻上的功率为0W。
Case2:
输出端匹配,幅值相等,相位相差180度。可有看到输入功率基本都耗散在隔离电阻上了。
所以,在选择隔离电阻时,要结合其端口的匹配情况,通过仿真,估算出隔离电组需要承受的功率。
(3) 集总式wilkinson功分器
在低频的时候,如果使用wilkinson功分器的话,4/λ的长度不短,不适合使用在小型PCB上。这个时候,就可以使用集总式的wilkinson功分器。具体可以参考:
参考文献:
ERNEST J. WILKINSON An N-Way Hybrid Power Divider
https://www.microwaves101.com/encyclopedias/wilkinson-power-splitters
https://www.microwaves101.com/encyclopedias/reflection-coefficient-sniffer#wilkinson
David M. Pozar微波工程