用分支线3dB电桥实现的微带平面跳线器

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。

　　审核编辑：汤梓红