用分支線3dB電橋?qū)崿F(xiàn)的微帶平面跳線器

黃巖島島主公眾號(hào)《看圖說RF》第048篇原創(chuàng)文章，微帶平面跳線器。碎片三分鐘逛電巢App，收獲一丟丟。

公路立交很常見。但鐵路如果修建立交，則受限于爬坡斜率，導(dǎo)致土石方開挖量太大，建設(shè)和維護(hù)成本太高，所以常見的兩條鐵路交叉，都是在同一個(gè)平面上：

兩列火車分時(shí)通過。

在PCB上，也有這種現(xiàn)象。如果不限制信號(hào)過孔大小、線寬、線間距，理論上，雙面板能布通任何復(fù)雜的線路。

但出于成本考慮，上世紀(jì)消費(fèi)類電子產(chǎn)品基本上都是單面板，總是能碰到無法布通的情況，于是用釘書釘式的跳線器飛過去：

上圖是某收音機(jī)的電路板局部照片，圖片下方有一橫一豎兩根跳線器。

同樣一個(gè)電路圖設(shè)計(jì)PCB時(shí)，跳線器數(shù)量的多少，成為衡量Layout水平高低的重要指標(biāo)。

這種釘書釘式的跳線器，只能交叉通過直流或低頻信號(hào)。

如果在雙面板上，有射頻信號(hào)布不通，怎么辦？

射頻雙面板必須存在一層完整地平面，只剩一層布線層，布線難度相當(dāng)于單面板！

有兩種方法。

貼片式跳線器Crossover

Anaren公司：貼片式跳線器Crossover（圖片來自于網(wǎng)上）：

這是個(gè)4層板結(jié)構(gòu)：

頂層：RF信號(hào)，走微帶線

第2層：GND

第3層：RF信號(hào)，走帶狀線

底層：GND

四個(gè)角都是1/4金屬化接地過孔。

這個(gè)四層板，使兩個(gè)RF信號(hào)實(shí)現(xiàn)了交叉，能同時(shí)通過。有地平面隔離，互相不影響。

用分支線3dB電橋?qū)崿F(xiàn)的微帶平面跳線器

下圖左邊的分支線3dB電橋耦合器，將一個(gè)信號(hào)功分成兩路等幅正交信號(hào)（相位相差90度），如下圖左邊的兩根紅箭頭所示：

如果將左邊的分支線3dB電橋耦合器，按旋轉(zhuǎn)圓心轉(zhuǎn)180度，成為右邊的分支線3dB電橋耦合器，由于無源微帶電路符合互易性，如果將兩個(gè)分支線3dB電橋耦合器端口就近連接起來，則右邊的耦合器就成為功率合成器，將兩路等幅正交的信號(hào)合成為一路信號(hào)，如右邊的兩根紫色箭頭所示。

整個(gè)電路圖形是4端口網(wǎng)絡(luò)，卻存在2個(gè)隔離端口。全對(duì)稱（X軸對(duì)稱、Y軸對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱）。

因此如果在左下方隔離端口輸入信號(hào)B，那么會(huì)從右上方隔離端口輸出信號(hào)B。

信號(hào)流向如下：

根據(jù)分支線電橋耦合器原理，4根跨接的豎著的并聯(lián)線阻抗都是50歐。因此中間的2根跨接的50歐線，可等效為1根25歐線：

這就是分支線3dB電橋演變成微帶平面跳線器的過程。

微帶平面跳線器HFSS建模驗(yàn)證

為了縮小體積，并聯(lián)跨接線做了拐彎。

但25歐線太寬，為便于拐彎，仍然分裂為2根50歐稍細(xì)的微帶線：

電磁場(chǎng)分布圖顯示：

如果信號(hào)A從左上方端口輸入，則信號(hào)從右下方端口輸出，反之亦然。

如果信號(hào)B從左下方端口輸入，則信號(hào)從右上方端口輸出，反之亦然。

仿真的S參數(shù)的回波損耗、插入損耗、隔離度分別如下（端口仍然按1輸入2直通3近耦4遠(yuǎn)耦次序編號(hào)）：

各指標(biāo)良好，隔離度能達(dá)到28dB。

總結(jié)

單面板上的釘書釘式的跳線器，只能交叉通過直流或低頻信號(hào)。

Anarenr 用4層PCB實(shí)現(xiàn)的貼片跳線器，能使兩個(gè)RF信號(hào)實(shí)現(xiàn)了交叉通過。

用分支線3dB電橋耦合器實(shí)現(xiàn)的微帶平面交叉跳線器，也能使2路射頻信號(hào)在同一個(gè)平面上，能互相不影響地同時(shí)交叉通過：擦肩而過，各奔東西。

真夠絕情的。