Направленный ответвитель на базе ADC-20-4

8 июля 2020

В рамках статьи Измеряем КСВ антенны с помощью анализатора спектра мы узнали, что такое направленный ответвитель и чем он отличается от КСВ-моста. Для измерения КСВ был использован недорогой КСВ-мост, купленный на eBay. А что делать, если в некой задаче нам понадобится именно направленный ответвитель? Конечно, можно просто приобрести Mini-Circuits ZFDC-20-5+. Но оказывается, существует и более бюджетный вариант.

Вариант заключается в использовании ADC-20-4 (даташит [PDF]). Это направленный ответвитель на частоты 5-1000 МГц в форме компонента для поверхностного монтажа. Устройство рассчитано на мощность 1 Вт и имеет переходное ослабление 20 дБ. Импеданс всех портов составляет 50 Ом. Производителем ADC-20-4 является все та же компания Mini-Circuits.

По запросу «adc-20-4 with pcb» на eBay можно найти много предложений данного компонента вместе с небольшой печатной платой. Цена вопроса составляет 21$ вместе с доставкой в Россию. Нам остается только запаять плату, поместить ее в небольшой корпус с разъемами SMA или BNC по вкусу, и полноценный направленный ответвитель готов. Но насколько хорошо он будет работать? Давайте проверим.

Было решено использовать металлический корпус Gainta G101 и разъемы BNC:

Самодельный направленный ответвитель на базе Mini-Circuits ADC-20-4

На плату также нужно запаять резистор 0805 номиналом 50 Ом. Такого номинала я не нашел, поэтому использовал резистор 51 Ом ± 1%.

Анализатор спектра показывает следующие вносимые потери (insertion loss):

Вносимые потери ADC-20-4 на частотах до 500 МГц

Желтый трейс соответствует вносимым потерям, когда сигнал идет с порта IN на порт OUT, а пурпурный — с порта OUT на порт IN.

Согласно даташиту, на всей рабочей полосе вносимые потери ADC-20-4 не превосходят 0.8 дБ. Использованный способ пайки разъемов приводит к рассогласованию импеданса и паразитному излучению. Поэтому вносимые потери выходят за 0.8 дБ на частотах выше 500 МГц. Направленный ответвитель можно использовать и на более высоких частотах, но потери будут выше заявленных. Если в вашей задаче такой расклад не годится, необходимо использовать разъемы SMA прямо на плате. Меня редко интересуют частоты выше 500 МГц, поэтому я не стал ничего менять.

Примечание: Когда вы делаете подобные измерения, необходимо нагружать на 50 Ом все порты направленного ответвителя. Используемый эквивалент нагрузки необходимо предварительно проверить на соответствующих частотах.

Проверим переходное ослабление (coupling):

Переходное ослабление направленного ответвителя ADC-20-4

Все в пределах заявленных 20±0.5 дБ. Желтый трейс — это когда сигнал идет с IN на CPL, пурпурный — с CPL на IN.

Изоляция портов CPL и OUT:

Изоляция портов самодельного направленного ответвителя

Желтый трейс соответствует сигналу, идущему с CPL на OUT, пурпурный — с OUT на CPL. Даташит не содержит данных об изоляции, зато содержит о направленности (directivity). На частотах до 600 МГц заявленная направленность составляет ≥ 20 дБ. Изоляция может быть вычислена как сумма переходного ослабления и направленности. То есть, мы ожидаем значение ≥ 40 дБ. Его мы и видим где-то до 300 МГц. На более высоких частотах изоляция постепенно ухудшается. Соответственно, нужно смотреть, насколько это критично или нет в вашей задаче.

Наконец, измерим возвратные потери на каждом из портов:

Возвратные потери в самодельном направленном ответвителе

Желтый график соответствует порту IN, пурпурный — порту OUT, а бирюзовый — порту CPL. Измерения проводились при помощи КСВ-моста. Полученные графики качественно сходятся с теми, что мы видим в даташите, хотя абсолютные значения и получились скромнее. На частотах от 3.5 МГц до 440 МГц на любом из портов видим возвратные потери ≥ 15.3 дБ, что соответствует КСВ ≤ 1.4. Это худший случай, для порта CPL.

Подведем итоги. Общая стоимость проекта составила 27.4$ и один свободный вечер. Направленный ответвитель неплохо работает на частотах до 500 МГц. С некоторыми ограничениями его можно использовать и на более высоких частотах. А если делать не тяп-ляп, то без ограничений. Вопреки заявленным 5-1000 МГц, направленный ответвитель работает на 3.5 МГц, и даже на 1.8 МГц. На частоте 1.8 МГц вносимые потери составляют 0.5 дБ, а КСВ не превышает 1.5 ни на одном из портов.

Дополнение: Вас также может заинтересовать статья Самодельный делитель / сумматор на частоты до 500 МГц на базе ADP-2-1W+.

Метки: , .