黄岩岛岛主公众号《看图说RF》第048篇原创文章,微带平面跳线器。碎片三分钟逛电巢App,收获一丢丢。
公路立交很常见。但铁路如果修建立交,则受限于爬坡斜率,导致土石方开挖量太大,建设和维护成本太高,所以常见的两条铁路交叉,都是在同一个平面上:
两列火车分时通过。
在PCB上,也有这种现象。如果不限制信号过孔大小、线宽、线间距,理论上,双面板能布通任何复杂的线路。
但出于成本考虑,上世纪消费类电子产品基本上都是单面板,总是能碰到无法布通的情况,于是用钉书钉式的跳线器飞过去:
上图是某收音机的电路板局部照片,图片下方有一横一竖两根跳线器。
同样一个电路图设计PCB时,跳线器数量的多少,成为衡量Layout水平高低的重要指标。
这种钉书钉式的跳线器,只能交叉通过直流或低频信号。
如果在双面板上,有射频信号布不通,怎么办?
射频双面板必须存在一层完整地平面,只剩一层布线层,布线难度相当于单面板!
有两种方法。
贴片式跳线器Crossover
Anaren公司:贴片式跳线器Crossover(图片来自于网上):
这是个4层板结构:
顶层:RF信号,走微带线
第2层:GND
第3层:RF信号,走带状线
底层:GND
四个角都是1/4金属化接地过孔。
这个四层板,使两个RF信号实现了交叉,能同时通过。有地平面隔离,互相不影响。
用分支线3dB电桥实现的微带平面跳线器
下图左边的分支线3dB电桥耦合器,将一个信号功分成两路等幅正交信号(相位相差90度),如下图左边的两根红箭头所示:
如果将左边的分支线3dB电桥耦合器,按旋转圆心转180度,成为右边的分支线3dB电桥耦合器,由于无源微带电路符合互易性,如果将两个分支线3dB电桥耦合器端口就近连接起来,则右边的耦合器就成为功率合成器,将两路等幅正交的信号合成为一路信号,如右边的两根紫色箭头所示。
整个电路图形是4端口网络,却存在2个隔离端口。全对称(X轴对称、Y轴对称、旋转对称)。
因此如果在左下方隔离端口输入信号B,那么会从右上方隔离端口输出信号B。
信号流向如下:
根据分支线电桥耦合器原理,4根跨接的竖着的并联线阻抗都是50欧。因此中间的2根跨接的50欧线,可等效为1根25欧线:
这就是分支线3dB电桥演变成微带平面跳线器的过程。
微带平面跳线器HFSS建模验证
为了缩小体积,并联跨接线做了拐弯。
但25欧线太宽,为便于拐弯,仍然分裂为2根50欧稍细的微带线:
电磁场分布图显示:
如果信号A从左上方端口输入,则信号从右下方端口输出,反之亦然。
如果信号B从左下方端口输入,则信号从右上方端口输出,反之亦然。
仿真的S参数的回波损耗、插入损耗、隔离度分别如下(端口仍然按1输入2直通3近耦4远耦次序编号):
各指标良好,隔离度能达到28dB。
总结
单面板上的钉书钉式的跳线器,只能交叉通过直流或低频信号。
Anarenr 用4层PCB实现的贴片跳线器,能使两个RF信号实现了交叉通过。
用分支线3dB电桥耦合器实现的微带平面交叉跳线器,也能使2路射频信号在同一个平面上,能互相不影响地同时交叉通过:擦肩而过,各奔东西。
真够绝情的。
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原文标题:048_微带平面跳线器
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