شبیه سازی تقسیم قدرت ویلکینسون

تقسیم‌کننده توان Wilkinson یک مدار تقسیم‌کننده برق سه پورت رایج است که برای تقسیم سیگنال ورودی به دو سیگنال خروجی مساوی یا ترکیب دو سیگنال در یک سیگنال استفاده می‌شود. برخلاف تقسیم‌کننده‌های توان مقاومتی یا T-junction، یک تقسیم‌کننده قدرت Wilkinson اجازه می‌دهد تقریباً بین دو پورت جداسازی کامل شود و هیچ تلفات مقاومتی به تقسیم توان اضافه نمی‌کند. به دلیل این ویژگی ها، یک تقسیم کننده Wilkinson به دلیل توانایی آن در جلوگیری از تداخل بین کانال ها – پدیده ای که در آن یک سیگنال (یا کانال) بر انتقال سیگنال (یا کانال) دیگر تأثیر می گذارد، به طور گسترده در سیستم های ارتباطی رادیویی استفاده می شود. در اینجا، نحوه شبیه سازی تقسیم کننده Wilkinson را با استفاده از COMSOL Multiphysics و ماژول RF بررسی خواهیم کرد.

مدل تقسیم قدرت ویلکینسون

مدل سازی یک تقسیم کننده قدرت ویلکینسون

یک تقسیم کننده توان Wilkinson یک سیگنال ورودی را با استفاده از دو خط میکرو نواری که روی یک بستر دی الکتریک با مقاومتی که بین دو درگاه خروجی نصب شده است، به دو خروجی مساوی تقسیم می کند. مدل Wilkinson Power Divider که برای دانلود از گالری مدل در دسترس است، نشان می‌دهد که چگونه می‌توان چنین تقسیم‌کننده‌ای را دقیقاً شبیه‌سازی کرد.

هندسه مدل ویلکینسون Power Divider شامل یک دستگاه سه پورت متشکل از یک خط میکرو نوار 50 Ω و خط میکرو نوار 70.7 Ω و همچنین یک مقاومت 100 Ω بین پورت ها است. ثابت دی الکتریک نسبی، εr _، از بستر 60 mil برابر 3.38 است. علاوه بر این، هندسه شامل قاب فلزی است که تقسیم کننده در آن قرار دارد، چهار پیچ و کانکتورهای SMA در هر یک از سه پورت. در COMSOL Multiphysics، همه این اجزا را می‌توان با استفاده از ویژگی مرزی رسانای الکتریکی کامل (PEC) مدل‌سازی کرد و مقاومت 100 Ω با استفاده از یک عنصر توده‌ای با امپدانس 100 Ω مدل‌سازی می‌شود. شکل زیر توزیع میدان الکتریکی متقارن را در بالای تقسیم‌کننده نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد چگونه انرژی ورودی به طور مساوی با هر دو درگاه خروجی جفت می‌شود.

هنجار میدان انرژی در تقسیم کننده
هنجار میدان الکتریکی نشان می دهد که توان ورودی به طور مساوی بین دو درگاه خروجی تقسیم می شود.

در نمودار زیر، پارامترهای S رسم شده اند که منحنی پاسخ فرکانسی تقسیم کننده را نشان می دهد. تطابق ورودی بسیار خوبی در 3 گیگاهرتز وجود دارد و توان ورودی به طور مساوی در دو پورت خروجی تقسیم می‌شود، که نشان می‌دهد هیچ افت مقاومتی در طول تقسیم توان وجود ندارد. نمودار پاسخ فرکانس معمولی را نشان می‌دهد که از همه تقسیم‌کننده‌های توان سه پورت Wilkinson انتظار می‌رود.

منحنی پاسخ فرکانس تقسیم کننده توان ویلکینسون
پارامترهای S منحنی پاسخ فرکانسی تقسیم‌کننده را نشان می‌دهند و نشان می‌دهند که توان جفت شده در هر پورت خروجی حدود -3 دسی‌بل و حدود 3 گیگاهرتز است.