fbpx
Share this article
Share on linkedin
Share on facebook
Share on twitter

מפצלי הספק להתקנה משטחית מגיעים ל- 26.5 ג'יגה הרץ

מפצלי/ מסכמי הספק (power splitter/combiner) זעירים מספקים ביצועים מצוינים בתחומים רחבים של רוחב פס, והם מסופקים במארזים שחוסכים מקום על המעגל בתכנונים של מערכות ממוזערות.

מאת: Jack Browne/Mini-Circuits

 

חלוקה של אותות ת”ר (RF) וגלי מיקרו על פני מעגלים ומערכות לתדירות גבוהה מסתמכת במידה רבה מאוד על מפצלי/ מסכמי הספק. מאחר שמגמות התכנון המודרניות מכווצות רכיבים כמו מפצלי/ מסכמי הספק לממדים שקטנים והולכים כל הזמן, בפני אנשי התכנון עומד אתגר משמעותי: כיצד אפשר לנהל רמות סבירות של הספק אותות מבלי לשאת בתוצאות של חום שקשה לפזרו בתוך מעגל או בתכנון המערכת.

מפצלי הספק להתקנה משטחית מגיעים ל- 26.5 ג'יגה הרץ
איור 1: מפצל/ מסכם ההספק דגם EP2K+ להתקנה משטחית (משמאל) פועל מ- 5 עד 20 ג'יגה הרץ. הדגם EP2K1+ מרחיב את טווח התדירויות ל- 2.0 עד 26.5 ג'יגה הרץ. שני הרכיבים נתונים במארזים בגודל 4 x 4 x 1 מ"מ.

כדי לענות על בעיה זו, חברת Mini–Circuits (www.minicircuits.com) פיתחה סדרה חדשה של מפצלי/ מסכמי הספק שהם בטכנולוגית התקנה משטחית (SMT) אמיתית, אשר מספקים ביצועים חשמליים מצוינים על פני רוחב פס רחב בטווח תדירויות שבין 2.0 ל- 26.5 ג’יגה הרץ. יכולות העברת ההספק מגיעה עד 2.5 ואט בגל הספק רציף (CW) ויותר במארזי QFN במידות של 4 x 4 x 1 מ”מ בלבד.

הסדרה החדשה של מפצלי/ מסכמי הספק כוללת את הדגם EP2K+ ל- 5 עד 20 ג’יגה הרץ, ואת הדגם EP2K1+ ל- 2.0 עד 26.5 ג’יגה הרץ, שניהם מפצלי/ מסכמי הספק דו כיווניים ˚0 ומבוססים על טכנולוגית התקנים פסיביים משולבים (IPD) בגליום ארסניד (GaAs) (איור 1). אפשר להשתמש בהם כדי לסכם שני אותות כניסה לאות יציאה אחד או לפצל אות כניסה אחד לשני אותות יציאה עם הפרש מופע (פאזה) של 0 מעלות בין שני האותות ביציאות, (כאשר נדרשות גרסאות רבות של אותו האות).

בעבר, מפצלי/ מסכמי ההספק היו רכיבים גדולים למדי המותקנים במערכות ובמעגלים מודפסים
(PCB) לגלי מיקרו, עם מחברים קואקסיאליים או אפילו עם אוגנים לגלבו (waveguide) ששימשו לחיבור אל רכיבים אחרים בתוך מערכת מסוימת. הממדים הגדולים יותר הביאו עימם באופן אופייני גם יכולות טיפול בהספקים גבוהים יותר, אבל לעתים קרובות פונקציות של סיכום או פיצול הספק נדרשות באותות ברמת הספק נמוכה ולא באותות ברמת הספק גבוהה. רכיבי התקנה משטחית מספקים גמישות בהוספת הפונקציות האלו כמעט בכל מקום על פני מעגל מודפס.

הקטנת הגודל בעזרת התקני IPD ב- GaAs

אחת הגישות המוכחות להקטנת הגודל של רכיבים פסיביים, לרבות מפצלי/ מסכמי הספק, היא לייצר מעגלים פסיביים מחומרי מצע ובתהליכים של מוליכים למחצה. טכנולוגית IPD בגליום ארסניד (GaAs), אשר משתמשת במצע של גליום ארסניד עם שכבות מרובות של מתכת
(metallization), הוכחה כיעילה ביותר במימוש מעגלים פסיביים קומפקטיים עם ביצועים מצוינים בתחומי התדירות הגבוהה. ההתקנים החדשים של Mini-Circuits  משתמשים בטכנולוגיה של מעגלי גליום ארסניד מונוליתיים משולבים לגלי מיקרו (MMIC), כדי לייצר את השבב הקטן הנחוץ להתאמה בתוך המארזים הזעירים להתקנה משטחית.

מפצלי/ מסכמי הספק בהתקנה משטחית אינם דבר חדש עבור Mini-Circuits. החברה מציעה תצורות שונות של התקנים אלו ושל רכיבים פסיביים אחרים, לרבות דגם קודם של מפצל/ מסכם הספק במשפחת המוצרים EP עם טווח תדירויות רחב ביותר, שגם הוא נתון במארז 4 x 4 x 1 מ”מ להתקנה משטחית. התקן מוקדם זה – דגם EP2C+ דו כיווני עם זווית ˚0 – מציע ביצועים מצוינים על פני רוחב פס רחב בטווח של 1.8 עד 12.5 ג’יגה הרץ, אבל הוא לא מתקרב כלל לגבולות התדירות העליונים ולרוחבי הפס של שני ההתקנים האחרונים שנוספו למשפחת EP.

בתלות בכיסוי התדירויות הנדרש, כל שלושת מפצלי/ מסכמי ההספק מתוכננים לניהול חום אמין והם בעלי יכולת פיזור הספק פנימי ברמות גבוהות יחסית, ונבדקו בטיפול ברמות הספק גבוהות עד 2.5 ואט של גל רציף בכניסה כשהם משמשים כמפצלי הספק. קו המוצרים EP של מפצלי/ מסכמי הספק מתוכנן גם לעמוד בתנאי פעולה שהם פחות מאידיאליים, ומתאפיין בטווחי טמפרטורה של –40º עד +85º צלזיוס ובהגנה מפני פריקה אלקטרוסטטית (ESD).

מפצלי הספק להתקנה משטחית מגיעים ל- 26.5 ג'יגה הרץ
איור 2: ההפסדים הכוללים בהתקן EP2K+, הכוללים את הפסדי חלוקת ההספק של 3 dB, הם 2.1 dB או פחות בטווח התדירויות המלא מ- 5 עד 20 ג'יגה הרץ.

מפרט מודל מ- 5 עד 20 ג’יגה הרץ

המודל לתדירות נמוכה של זוג המפצל/ מסכם הספק החדש להתקנה משטחית, EP2K+, מ- 5 עד 20 ג’יגה הרץ מציג הפסדי מעבר (insertion loss) אופייניים של 1.1 dB מ- 5 עד 10 ג’יגה הרץ,
1.7 dB מ- 10 עד 18 ג’יגה הרץ, ו- 2.1 dB מ- 18 עד 20 ג’יגה הרץ. הוא מגיע לבידוד אופייני
של 22 dB מ- 5 עד 10 ג’יגה הרץ  ו- 20 dB מ-10 עד 20 ג’יגה הרץ (איור 3).

מפצלי הספק להתקנה משטחית מגיעים ל- 26.5 ג'יגה הרץ
איור 3: הבידוד של המפצל/ מסכם הספק EP2K+ בדרך כלל טוב יותר מ- 18 dB על פני טווח התדירויות המלא מ- 5 עד 20 ג'יגה הרץ.

מפצל/ מסכם הספק זעיר זה בטכנולוגיית MMIC מקיים שליטה הדוקה על אופייני המשרעת (אמפליטודה) ואופייני המופע בטווח התדירויות הרחב שלו. חוסר האיזון המוגדר האופייני במשרעת נמצא בתחום של 0.1 dB על פני הטווח המלא של התדירויות, עם ביצועי המצב הקיצוני בתחום של 0.5 dB על פני הטווח המלא של התדירויות. חוסר האיזון האופייני במופע נמצא בתחום של 2.3 מעלות מ- 5 עד 10 ג’יגה הרץ, 3.7 מעלות מ- 10 עד 18 ג’יגה הרץ ו- 4.2 מעלות מ- 18 עד 20 ג’יגה הרץ. היג”ע (VSWR) האופייני הוא 1.40:1 או טוב יותר עד 18 ג’יגה הרץ ובדרך כלל, טוב יותר מ- 1.50:1 בכל החיבורים עד 20 ג’יגה הרץ.

מפרט מודל מ- 2 עד 26.5 ג’יגה הרץ

ההתקן לתדירות הגבוהה יותר במשפחה החדשה, EP2K1+, פועל מ- 2 עד 26.5 ג’יגה הרץ ולמעשה מספק ביצועים שמישים (מבחינת הפסדים ויג”ע נמוכים ובידוד גבוה) מ- 1.8 עד 28.0 ג’יגה הרץ. מפצל/ מסכם ההספק הדו כיווני עם 0 מעלות מגיע להפסדי מעבר אופייניים של 0.8 dB מ- 2 עד 5 ג’יגה הרץ, 1.1 dB מ-5 עד 10 ג’יגה הרץ, 1.7 dB מ-10 עד 18 ג’יגה הרץ, ו- 2.4 dB מ-18 עד 26.5 ג’יגה הרץ. הוא מספק בידוד אופייני של 14 dB מ-2 עד 5 ג’יגה הרץ, 22 dB מ-5 עד 10 ג’יגה הרץ, 20 dB מ-10 עד 18 ג’יגה הרץ, ו- 21 dB מ-18 עד 26.5 ג’יגה הרץ.

EP2K1+ מיוצר בתהליך MMIC בגליום ארסניד, עם בקרה הדוקה, תהליך שמניב איזונים מצוינים במשרעת ובמופע. חוסר האיזון האופייני במשרעת (אמפליטודה) הוא 0.1 dB מ-2 עד 5 ג’יגה הרץ, 0.1 dB מ-5 עד 10 ג’יגה הרץ, 0.1 dB מ-10 עד 18 ג’יגה הרץ, ו- 0.3 dB מ-18 עד 26.5 ג’יגה הרץ. חוסר האיזון האופייני במופע (פאזה) נמצא בתחום של 1.5 מעלות מ- 2 עד 5 ג’יגה הרץ, 2.3 מעלות מ- 5 עד 10 ג’יגה הרץ, 3.7 מעלות מ- 10 עד 18 ג’יגה הרץ ו- 5.4 מעלות מ- 18 עד 20 ג’יגה הרץ. EP2K1+ מדגים בכל החיבורים יג”ע אופייני של 1.50:1 או טוב יותר בתדירויות הנמוכות יותר והגבוהות יותר (מ- 2 עד 5 ג’יגה הרץ ומ- 18 עד 20 ג’יגה הרץ) ו-1.40:1 או טוב יותר בכל התדירויות האחרות.

הממדים הקטנים ורוחבי הפס הרחבים של ההתקנים תואמי RoHS האלו הופכים אותם למתאימים עבור יישומים בתחומי WiMAX, תעשייה–מדע–רפואה (ISM), בדיקות ומדידות, מכ”ם, לוחמה אלקטרונית ותקשורת לוויינים. שניהם יכולים להעביר זרם של 0.2 אמפר עבור יישומים, שאולי נדרשת להם העברה של זרם ישר עם אותות ת”ר או גלי מיקרו, כגון אנטנות.

 

מאמר זה הופיע לראשונה בגיליון נובמבר 2015 של המגזין Microwaves & RF, פרסום של Penton.

Liked this article? Please share it!

Share on linkedin
LinkedIn
Share on facebook
Facebook
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on telegram
Telegram
Share on email
Email