Passiva komponenter

Effektdelare och combiners

Effektdelare, också benämnda ”splitters”, är en komponent som delar en inkommande RF-signal i ett antal utsignaler och bibehåller impedansen från ingången. Effektdelare används i kommunikationssystem, laboratorium och radarapplikationer.

En combiner är en effektdelare använd i omvänd riktning. Flera signaler sammanförs till en utgång, till exempel för effekthöjning från RF-förstärkare.

Resistiva effektdelare är vanligtvis små, bredbandiga och fungerar från dc och uppåt. Resistiva effektdelare klarar inte högre effekter, de har hög förlustfaktor och isolationen är inte den bästa. De bygger på en enkel konstruktion som med rätt resistorer kan ha mycket god frekvensrespons. 3-vägs splitters är den vanligaste varianten, ofta i stjärn- eller deltaform.

Den reaktiva effektdelaren består av en ingång och två eller fler portar som utgångar. De används med fördel i tillämpningar med högre effekter. Konstruktionen kan vara Wilkinson- eller med toroidaldesign. De täcker ett brett spektrum av frekvensband. Reaktiva effektdelare har låga förluster och vanligtvis god isolation mellan portarna.

Wilkinsonsplittern, som togs fram under 60-talet av Ernest Wilkinson, kan dela ingångssignalen i lika fas och amplitud till utgångssignalerna. Fördelarna är en mycket god isolation mellan portarna, låga förluster och bra pris i förhållande till prestanda. De kan dock ha en något begränsad bandbredd och storleken kan i vissa fall vara ett problem.

Riktkopplare och hybridkopplare

Riktkopplaren kopplar endast vidare signaleffekter som går i en riktning. Effekter som kommer in på utgången kopplas mot en terminerad port och inte mot den kopplade porten. En kopplare avsedd att fördela effekt lika mellan två portar kallas för hybridkopplare.

Riktkopplaren är en passiv komponent för mätning och övervakning av mikrovågseffekter och består av en genomgång för signalen via t.ex. koaxialkontakt eller vågledare och kan vara placerad mellan en sändare eller förstärkare och dess last. Kopplaren ger möjlighet att via en port ”tappa av” signalen och utföra mätning av mikrovågsenergin utan några rörliga delar eller justeringar.

Riktkopplare av koaxialtyp finns i frekvensområden från några MHz upp till cirka 50 GHz. De är vanligtvis konstruerade för låg VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) och låga förluster. Riktkopplaren kan vara av singel- eller dubbeltyp. Singelversionen har en genomgående huvudsignalväg med en parallell väg som är terminerad. Den dubbla kopplaren består i princip av två singelkopplare som är anslutna så att de möjliggör mätningar av både framriktade och reflekterade effekter.

Kopplare och splitters finns också i andra utföranden som t.ex. vågledare eller för montering på kort.

En vanlig typ av kopplare är 3dB, 90° hybridkopplaren som har fyra portar för att antingen dela en signal amplitud-mässigt lika med en fasskillnad på 90° mellan portarna, eller för att kombinera två signaler med god isolation mellan portarna.

Den så kallade ”rat race”-kopplaren är en 3dB, 180° hybridringkopplare med fyra portar för att antingen dela en insignal lika men med 180° fasskift eller för att kombinera två signaler.

Problemet med LO (RF-signal) på IF-porten är att dessa signaler kan orsaka spurioser senare i signalvägen och där eventuellt bottna IF-förstärkaren om de är tillräckligt starka.

Limiters

Limiters används för att skydda känsliga komponenter som lågbrusförstärkare (LNA) från oönskade signaleffekter, till exempel i en mottagare. Lågbrusförstärkare är specialdesignade med hänsyn till brusnivån och kan inte hantera några högre effekter.

Impedansmatchning är viktigt för limiters eftersom denna ligger före lågbrusförstärkaren och brus eller oegentligheter kommer att förstärkas i lågbrusförstärkaren.

Några parametrar som är viktiga för limiters:
Turn On Time:  Tiden det tar för limitern att begränsa ingångssignalen. Ju snabbare desto bättre.
Max Input Power (Peak): Max pulseffekt som limitern klarar av utan att gå sönder.

Max Input Power (CW): Max kontinuerlig ingångseffekt som limitern kan hantera under normala driftförhållanden.
Flat Leakage: Specificerad RF-uteffekt för en viss limiter. Som exempel, om maximala effektnivån en lågbrusförstärkare kan hantera är 20 dBm, ska en limiter väljas som har Flat Leakage understigande 20 dBm.
Spike Leakage: Om en RF-puls på ingången har en snabbare stigtid än limiterns tillslagstid, kommer en snabb puls att passera igenom limitern till dess den slår till och begränsar signalen, vilket benämns Spike Leakage. Om limiterns tillslagstid är snabbare än vad stigtiden är på ingångspulsen, hinner signalpulsen begränsas.


Halvledarbaserade limiters använder ofta PIN-dioder, även om andra varianter förekommer med Schottky-dioder eller FET.

Dämpare och termineringar

Mikrovågsdämpare finns för olika typer av applikationer i många olika utföranden; fasta dämpare, stegdämpare, kontinuerligt varierbara, manuellt inställbara, elektroniskt styrda, uppbyggda med resistorer eller halvledarbaserade med t.ex. PIN-dioder.

Fasta dämpare har en förutbestämd design med resistornät. De är avsedda att placeras i signalvägar för att minska utsänd effekt och reducera amplituden utan att förändra signalens karaktäristik alltför mycket. Fast dämpare används ofta inom RF-mätteknik. Specifikationerna möter alltifrån enkla RF-lösningar till krävande specifikationer för kalibrerings- och verifieringsfunktioner. De finns i många olika effektklasser och för olika frekvensband. Fasta dämpare är tillgängliga i koaxialutförande, som vågledare eller för montering på kretskort. En dämpare kan vara uni-directional eller bi-directional, där signalen i den förstnämnda är avsedd gå i enbart en riktning från ingång till utgång medan signalen i den senare kan skickas i båda riktningarna.

Dämpningen varierar normalt i ett spann mellan 1 dB och 60 dB i olika standardvärden med möjlighet att specificera ett visst värde för en viss applikation. Effektmässigt finns allt från 1 W upp till 1 kW eller högre, med koaxialanslutning.

Stegdämpare har fasta dämpvärden med olika resistornät som väljs manuellt antingen med tryckknappsfunktion eller med roterbar switch. Stegdämparen kan endast generera vissa fasta värden baserade på varje steg, till skillnad mot en kontinuerligt variabel dämpare som får en steglös dämpning genom olika resistans över ett konduktivt substrat av tjockfilm eller tunnfilm.

En terminering (avslutare) används för att absorbera RF och mikrovågsenergi och fungerar som en last i till exempel antenn och sändarapplikationer. De används också till andra flerports RF-komponenter som såsom cirkulatorer eller riktkopplare för att impedansanpassa ej använda portar.

Termineringar finns för kortmontage, koaxialanslutna eller för vågledare. De är vanligast effektklasser från under 1W upp till kW-området, men som vågledare finns de för mycket höga effekter.

BiasTee

En bias-tee är en passiv komponent med tre portar som används till att förse RF-kretsar med likström eller likspänningar. På ingången kommer en signal som består av både RF och DC. Konceptuellt blockerar en idealisk kondensator alla DC-signaler från att komma igenom och låter endast AC-/RF-signalerna passera till en högfrekvent utgång. En ideal induktor blockerar alla RF-signaler och släpper endast igenom DC-signaler till en DC-utgång. En bias-tee kan förse fjärrantennförstärkare med likström. Den kan också användas för DC-förspänning till en aktiv enhet under test.

Comptronic AB       Telefon: 08-564 706 70       E-post: mailbox@comptronic.se       Adress: Stormbyvägen 2-4, 163 55 Spånga       Öppettider: må–fr: 08.30–17.00