9.2 Některé pasivní obvody

Základní teorie

Wilkinsonův dělič výkonu

Nekompenzovaný Wilkinsonův dělič

Obr. 9.2A.1 Wilkinsonův dělič výkonu 1:2.

Wilkinsonův dělič výkonu [22] je tvořen dvěma čtvrt vlny dlouhými úseky vedení o charakteristické impedanci rovné 1,41*Z₀, kde Z₀ je impedance zdrojů a zátěže. Tyto dva úseky vedení rozbočují energii priváděnou přívodním vedením na bránu 1. Výstupní brány 2 a 3 dostávají shodně polovinu energie.
Izolaci mezi branami 2 a 3 zlepšuje odpor o hodnotě 2*Z₀. Pro signál vstupující branou 1 se odpor neuplatní (oba jeho konce jsou na stejném potenciálu). Signál vstupující branou 2 se do brány 3 dostává dvěma cestami: přímo přes odpor R a přes oba úseky vedení, zapojené do kaskády. Tyto dva signály jsou na bráně 3 v protifázi a vzájemně se ruší.

Správná funkce je podmíněna dodržením délky vedení rovné čtvrtině délky vlny, a tím, že odpor R má mít zanedbatelné parazitní vlastnosti (tedy musí být také zanedbatelně dlouhý vůči vlnové délce).

Kompenzovaný Wilkinsonův dělič

Obr. 9.2A.2 Schema kompenzovaného Wilkinsonova děliče výkonu.

Pásmo frekvencí, ve kterém má Wilkinsonův dělič uspokojivé vlastnosti, lze rozšířit přidáním dalšího vedení, které zlepšuje impedanční přizpůsobení vstupní brány [23].
Bývá to opět čtvrtvlnný úsek vedení o impedanci 0,84*Z₀. Ramena vedoucí k branám 2 a 3 pak mají impedanci 1,18*Z₀. Pokud provedeme řez spojem všech tří vedení, pak směrem k bráně jedna "uvidíme" vstupní impedanci Z0 transformovanou na hodnotu 1/1,41 Z0. Zprava pak vidíme paralelní spojení dvou impedancí 1,41*Z₀, tedy rovněž 1/1,41 Z₀. Tak je obvod ve stavu impedančního přizpůsobení.

Proč je tento obvod širokopásmový? Zatímco u nekompenzovaného Wilkinsonova děliče dochází k transformaci impedancí v poměru 1:2, transformace impedance prostřednictvím čtvrtvlnných úseků je mezi impedancemi v poměru toliko 1:1,41. Krom toho je možno nastavením odlišných délek úseků vedení u brány 1 a bran 2 a 3 pásmo dále rozšířit.

Porovnání vlastností nekompenzovaného a kompenzovaného děliče výkonu naleznete na obr. 9.2A.3.

Obr. 9.2A.3 Srovnání vlastností nekompenzovaného (žlutě) a kompenzovaného (červeně) děliče výkonu. Simulace programem WinMIDE.

Příklad kompenzovaného děliče je možno spatřit na následujícím obrázku, společně s několika poznámkami k jeho konstrukci a činnosti.

Obr. 9.2A.4 Praktická realizace Wilkinsonova členu - Wilkinsonův dělič výkonu provedený v mikropáskovém vedení. Čtvrtvlnné úseky vedení jsou ohnuty tak, aby jejich konce ležely blízko sebe a umožnily tak propojení pomocí odporu v provedení SMD. Jde o tzv. kompenzovaný Wilkinsonův dělič. Ze vstupního konektoru (nahoře) je signál přiveden na mikropáskové vedení. Rozbočení vedení je provedeno tak, aby byla změna směru šíření vlny podél vedení pozvolná.

Dělič bývá někdy používán při konstrukci výkonových zesilovačů, např. tak, že nejprve je výkon rozdělen na osm stejných částí kaskádním zapojením tří děličů v každé větvi, potom zesílen osmi tranzistorovýni zesilovači a výslendný výkon je opšt sloučen kaskádou děličů. Důležité je to, že výsledný zesilovač pracuje i v případě, že je některý z dílčích zesilovačů zničen. Ověřte změnu v přizpůsobení brány 2, je-li brána 3 zkratována.