- Gleichmäßige Aufteilung mit geringen Verlusten
- Impedanzrichtige Anpassung, starke Entkopplung
- Einfach und preisgünstig herstellbar
Leiterplattenmaterial:
FR4, 0,8 mm Dicke
beidseitig 35 µm Kupfer
Layout und Konstruktion:
Zeichnung und Layout erstellt mit FreeCAD
Fertigung:
CNC-gefräst auf einer MPCNC
Frästiefe: 0,15 mm
Werkzeug: 1,2 mm spiralverzahnter Fräser
Bestückung:
SMD-Widerstand 100 Ω, Bauform 0805 (Isolationswiderstand des Wilkinson-Teilers)
SMA-Buchsen für HF-Anschlüsse
Einleitung
Für viele Anwendungen im 13-cm-Amateurfunkband und insbesondere im Umfeld von QO-100 wird eine saubere, breitbandige und gut entkoppelte Signalaufteilung benötigt.
Der hier beschriebene Wilkinson-Leistungsteiler ist für den Frequenzbereich um 2,4 GHz ausgelegt und eignet sich sowohl für Empfangs- als auch für Sendeanwendungen.
Der Aufbau erfolgte auf einer FR4-Leiterplatte und wurde vollständig im Eigenbau realisiert – vom Entwurf bis zur mechanischen Fertigung.
Anwendungen
- Gleichmäßige Aufteilung eines HF-Signals auf zwei Ausgänge
- Amateurfunk im 13-cm-Band
z. B. Aufteilung eines Empfangssignals auf einen klassischen Empfänger und einen SDR - QO-100-Sendeanlagen
Zusammenschaltung bzw. Speisung von zwei kleinen Leistungsverstärkern - Weitere 2,4-GHz-Anwendungen
z. B. Bluetooth, Wi-Fi oder allgemeine Labor- und Messtechnik
Daten
Auslegung für das 13 cm Amateurfunkband 2320 – 2450 MHz.
Die beiden Teilerleitungen sollen eine elektrische Länge von λ/2 und eine Impedanz von 70,7 Ω haben.
Die restlichen Leitungen sind auf 50 Ω ausgelegt und die Längen sind frei wählbar.
Bei den Berechnungen ist ein Verkürzungsfaktor aufgrund des Basismaterials zu berücksichtigen
Berechnung mit εr ~ 4,65 für die verwendete Leiterplatte.
Das Bild rechts zeigt die Konturen, die zur Herstellung auf einer CNC-Fräse verwendet worden sind.
- Die dielektrischen Eigenschaften des Leiterplattenmaterials streuen von Hersteller zu Hersteller und sogar von Charge zu Charge.
- Falls die technischen Daten des Kopplers nicht beim ersten Versuch passen, müssen die Maße eventuell skaliert werden.
Rückflussdämpfung besser als 15dB im gesamten 13 cm Band, ca. 20 dB bei 2,4 GHz
Einfügedämpfung 3,3 – 3,4dB (idealer Wert wäre 3,0 dB), das entspricht einem Verlust von ca. 7 %
Isolation (Entkopplung) größer als 28 dB
Symmetrie +/-0,1 dB
Nutzbarer Frequenzbereich 1,8 – 2,7 GHz (mit etwas schlechteren Werten)
Messungen
Rückflussdämpfung S11 (Anpassung)
Beide Ausgänge mit 50 Ω abgeschlossen.
Anpassung bei 2,4 GHz ca. -20dB recht breitbandig.
Der grau hinterlegte Bereich ist das 13 cm Amateurfunkband für Deutschland
Signalübertragung S21 und S31
Gleichmäßige Aufteilung vom Eingang zu den beiden Ausgängen (blau und braun).
Dämpfung 3,3 -3,4 dB. Davon sind 3 dB für die Teilung und der Rest sind Verluste.
Entkopplung S23 und S32
Messung zwischen den beiden Ausgängen, Eingang mit 50 Ω abgeschlossen.
Im gesamten 13 cm Band besser als 28 dB.
Die Anpassung S11 ist besser als 17 dB.
Zusammenfassung
Der Wilkinson-Teiler zeigt im gesamten vorgesehenen Frequenzbereich sehr gute HF-Eigenschaften. Er ist preisgünstig herstellbar, die Materialkosten betragen weniger als 5 €. Die Mittenfrequenz wurde bereits im ersten Entwurf exakt getroffen, sodass keine Anpassungen am Layout notwendig waren. Alle Messungen wurden mit einem nanoVNA durchgeführt
Der Aufbau eignet sich damit hervorragend für Amateurfunk-Anwendungen im 13-cm-Band, insbesondere im Umfeld von QO-100, sowie für allgemeine 2,4-GHz-Experimente und Messaufgaben.