eng
Выпуск #7/2017
А.Лезинов
Расширение частотного диапазона высокомощных делителей-сумматоров мощности за счет минимизации емкости, вносимой резисторами
Расширение частотного диапазона высокомощных делителей-сумматоров мощности за счет минимизации емкости, вносимой резисторами
Просмотры: 2564
В статье представлено конструкторское решение, которое позволяет расширить полосу пропускания делителя-сумматора на 50% за счет снижения потерь сигнала из-за влияния паразитных емкостей, вносимых используемыми в устройстве чип-резисторами.
УДК 621.372.62
ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.168.7.86.88
УДК 621.372.62
ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.168.7.86.88
Теги: bandwidth chip-resistor insertion loss mini-circuits parasitic capacitance splitter/combiner вносимые потери делитель-сумматор паразитная емкость полоса пропускания чип-резистор
Допустимая мощность на входе делителей определяется, в сущности, номинальной мощностью внутренних резисторов, которая связана с их размерами – чем выше мощность, тем крупнее резистор. В делителях, рассчитанных на входную мощность 100 Вт, применяются достаточно габаритные резисторы, поэтому важно учитывать влияние связанных с ними паразитных емкостей на вносимые потери.[1]
В делителе ZACS242-100W+ используются четыре 100-Вт чип-резистора (рис.1). Емкость между металлизи-
рованными контактными поверхностями на нижней части каждого резистора и печатной платой можно выразить соотношением для емкости между двумя параллельными обкладками конденсатора:
,
где
– абсолютная диэлектрическая проницаемость материала между двумя обкладками;
А – площадь перекрытия обкладок;
d – расстояние между обкладками.
Другими словами, если принять постоянными значения и d, то чем больше площадь проводящей поверхности на нижней части резистора, перекрывающей площадку на печатной плате, тем выше паразитная емкость, связанная с данным резистором. Эта емкость (рис.1) увеличивает суммарные вносимые потери схемы, особенно на высоких частотах, что в основном и ограничивает полосу пропускания делителя ZACS242-100W+.
Целью изменения конструкции было расширение частотного диапазона делителя ZACS242-100W+ при обеспечении низкого уровня вносимых потерь и сравнимых общих характеристик схемы с характеристиками исходной конструкции. Один из путей решения задачи – снижение паразитной емкости, вносимой чип-резисторами. Отметим, что резисторы в делители ZACS242-100W+ установлены перевернутыми лицевой стороной вниз; при этом все проводящие контактные поверхности расположены параллельно печатной плате. В данном случае невозможно использовать резисторы меньших размеров или уменьшить площадь контактов, однако, чтобы минимизировать площадь перекрытия проводящих плоскостей, можно иначе расположить чип-резистор на печатной плате.
Поэтому в конструкцию устройства были внесены изменения – чип-резисторы были повернуты на 90° относительно поверхности печатной платы (рис.2). Такое расположение резисторов приводит к уменьшению вносимой ими паразитной емкости более чем в десять раз, что, в свою очередь, значительно снижает общие вносимые потери на высоких частотах.
Измерения вносимых потерь при свипировании частоты подтвердили улучшение данной характеристики в новых делителях ZACS362-100W+ с вертикально установленными чип-резисторами по сравнению с предыдущей моделью – ZACS242-100W+, в которой резисторы расположены параллельно печатной плате (рис.3).
В то время как у делителя ZACS242-100W+ вносимые потери возрастают на частотах выше 2 400 МГц, в модифицированной версии – ZACS362-100W+ – достигаются низкие значения вносимых потерь вплоть до частоты 3 600 МГц, что эквивалентно 50%-ному расширению рабочей полосы частот. Обе модели обеспечивают допустимую мощность на входе на уровне 100 Вт в режиме делителя. Однако, если ZACS242-100W+ в режиме сумматора допускает входную мощность 40 Вт, то для новой модели – ZACS362-100W+ – этот показатель равен 5 Вт. В остальном ZACS362-100W+ имеет сравнимые с ZACS242-100W+ характеристики вплоть до частоты 3 600 МГц, при этом обеспечивается высокое значение переходного затухания (типовое значение 22 дБ) и малая асимметрия фазы и амплитуды (1° и 0,15 дБ, соответственно).
* * *
Конструкторское решение, представленное в данной статье, основано на учете емкости, создаваемой параллельными плоскостями, и направлено на минимизацию паразитной емкости, вносимой чип-резисторами, в схеме делителя-сумматора мощности. В результате его реализации удалось значительно снизить вносимые потери на высоких частотах. Этот же подход был использован для расширения частотного диапазона до значений, достигающих 6 ГГц, в других моделях мощных делителей-сумматоров в продуктовой линейке компании Mini-Circuits. В настоящее время компания разрабатывает новые модели устройств с аналогичной величиной допустимой мощности, рабочая частота которых достигает 12 ГГц.
Материалы предоставлены АО "ЮЕ-Интернейшнл" (www.yeint.ru), официальным дистрибьютором компании Mini-Circuits в России. ●
В делителе ZACS242-100W+ используются четыре 100-Вт чип-резистора (рис.1). Емкость между металлизи-
рованными контактными поверхностями на нижней части каждого резистора и печатной платой можно выразить соотношением для емкости между двумя параллельными обкладками конденсатора:
,
где
– абсолютная диэлектрическая проницаемость материала между двумя обкладками;
А – площадь перекрытия обкладок;
d – расстояние между обкладками.
Другими словами, если принять постоянными значения и d, то чем больше площадь проводящей поверхности на нижней части резистора, перекрывающей площадку на печатной плате, тем выше паразитная емкость, связанная с данным резистором. Эта емкость (рис.1) увеличивает суммарные вносимые потери схемы, особенно на высоких частотах, что в основном и ограничивает полосу пропускания делителя ZACS242-100W+.
Целью изменения конструкции было расширение частотного диапазона делителя ZACS242-100W+ при обеспечении низкого уровня вносимых потерь и сравнимых общих характеристик схемы с характеристиками исходной конструкции. Один из путей решения задачи – снижение паразитной емкости, вносимой чип-резисторами. Отметим, что резисторы в делители ZACS242-100W+ установлены перевернутыми лицевой стороной вниз; при этом все проводящие контактные поверхности расположены параллельно печатной плате. В данном случае невозможно использовать резисторы меньших размеров или уменьшить площадь контактов, однако, чтобы минимизировать площадь перекрытия проводящих плоскостей, можно иначе расположить чип-резистор на печатной плате.
Поэтому в конструкцию устройства были внесены изменения – чип-резисторы были повернуты на 90° относительно поверхности печатной платы (рис.2). Такое расположение резисторов приводит к уменьшению вносимой ими паразитной емкости более чем в десять раз, что, в свою очередь, значительно снижает общие вносимые потери на высоких частотах.
Измерения вносимых потерь при свипировании частоты подтвердили улучшение данной характеристики в новых делителях ZACS362-100W+ с вертикально установленными чип-резисторами по сравнению с предыдущей моделью – ZACS242-100W+, в которой резисторы расположены параллельно печатной плате (рис.3).
В то время как у делителя ZACS242-100W+ вносимые потери возрастают на частотах выше 2 400 МГц, в модифицированной версии – ZACS362-100W+ – достигаются низкие значения вносимых потерь вплоть до частоты 3 600 МГц, что эквивалентно 50%-ному расширению рабочей полосы частот. Обе модели обеспечивают допустимую мощность на входе на уровне 100 Вт в режиме делителя. Однако, если ZACS242-100W+ в режиме сумматора допускает входную мощность 40 Вт, то для новой модели – ZACS362-100W+ – этот показатель равен 5 Вт. В остальном ZACS362-100W+ имеет сравнимые с ZACS242-100W+ характеристики вплоть до частоты 3 600 МГц, при этом обеспечивается высокое значение переходного затухания (типовое значение 22 дБ) и малая асимметрия фазы и амплитуды (1° и 0,15 дБ, соответственно).
* * *
Конструкторское решение, представленное в данной статье, основано на учете емкости, создаваемой параллельными плоскостями, и направлено на минимизацию паразитной емкости, вносимой чип-резисторами, в схеме делителя-сумматора мощности. В результате его реализации удалось значительно снизить вносимые потери на высоких частотах. Этот же подход был использован для расширения частотного диапазона до значений, достигающих 6 ГГц, в других моделях мощных делителей-сумматоров в продуктовой линейке компании Mini-Circuits. В настоящее время компания разрабатывает новые модели устройств с аналогичной величиной допустимой мощности, рабочая частота которых достигает 12 ГГц.
Материалы предоставлены АО "ЮЕ-Интернейшнл" (www.yeint.ru), официальным дистрибьютором компании Mini-Circuits в России. ●
Отзывы читателей
