Делитель Уилкинсона на дискретных L/C
Расчёт N-выходного делителя/сумматора мощности Уилкинсона на сосредоточенных L/C вместо четвертьволновых отрезков линии — применимо, когда четвертьволновый отрезок физически слишком длинный (ВЧ-диапазон на печатной плате, обычно до нескольких сотен МГц). Задаётся рабочий диапазон частот и требования к развязке и согласованию — калькулятор подбирает число каскадов и номиналы так, чтобы требования выполнялись во всём диапазоне. Деление мощности между выходами может быть любым, не только поровну.
По умолчанию у всех выходов одинаковый вес — деление поровну. Чтобы разделить неравномерно, задайте веса пропорционально нужной доле мощности (например, веса 1 и 2 — второй выход получит вдвое больше мощности первого; абсолютные значения не важны, только соотношение).
Подбор номиналов занимает несколько секунд, поэтому расчёт запускается только кнопкой «Рассчитать» (или Enter в любом поле) — можно спокойно поменять сразу несколько параметров.
Как это работает
Классический делитель Уилкинсона — два четвертьволновых отрезка линии от входа к выходам плюс резистор развязки между выходами. На сосредоточенных элементах каждый отрезок заменяется П-звеном (катушка последовательно, конденсаторы на землю по краям). Такой делитель идеален только на одной частоте, и его полоса заметно уже, чем у распределённого прототипа.
Чтобы держать требования во всём диапазоне, каждое плечо делается многокаскадным (схема Кона): цепочка из 1–3 П-звеньев, на стыке двух звеньев — один общий конденсатор, а после каждого звена — свой резистор развязки между плечами. Плечо, на которое приходится доля p мощности узла, работает как трансформатор от Z₀/p на входе к Z₀ на выходе, поэтому выходы согласованы с Z₀ и при неравном делении. Номиналы подбираются численно (оптимизатором на сервере) по худшему значению развязки и обратных потерь в заданном диапазоне; в режиме «Авто» берётся наименьшее число каскадов, при котором требования выполнены. Больше каскадов — шире полоса при тех же требованиях, но больше деталей: каждый каскад добавляет на плечо катушку, конденсатор и резистор на уровень.
Для N>2 выходов делитель строится деревом из узлов на 2 выхода: выходы делятся на две группы примерно поровну по количеству, каждая группа — тем же способом, пока не останется один выход; каждый узел делит мощность между своими группами в соотношении их суммарных весов. При равном делении есть и вариант «звезда» — все N плеч от одной точки и на каждом уровне резисторы от каждого плеча к общей точке уровня. Звезда при N = 3 даёт почти ту же полосу меньшим числом деталей, а при больших N дерево заметно шире по полосе. Для неравного деления звезда не подходит: идеальные согласование и развязку одними резисторами при неравных долях получить нельзя (нужная проводимость между выходами I − a·aᵀ, ai = √доли выхода, требует отрицательных элементов).
На рисунке и в редакторе схем шины общих точек промежуточных уровней звезды пересекают плечи без точки соединения — это не контакт, как и на обычной бумажной схеме. Результат — расчёт на идеальных элементах; паразитные параметры реальных катушек и конденсаторов и допуски номиналов сужают полосу, поэтому стоит оставлять запас по требованиям.