Sprzęgacze kierunkowe to standardowe elementy mikrofalowe/fal milimetrowych w pomiarach mikrofalowych i innych systemach mikrofalowych. Mogą być używane do izolacji, separacji i mieszania sygnałów, takich jak monitorowanie mocy, stabilizacja mocy wyjściowej źródła, izolacja źródła sygnału, test przemiatania częstotliwości transmisji i odbicia itp. Jest to kierunkowy dzielnik mocy mikrofalowej i niezbędny element nowoczesnych reflektometrów o przemiatanej częstotliwości. Zwykle występuje kilka typów, takich jak falowód, linia koncentryczna, linia paskowa i mikropasek.
Rysunek 1 to schematyczny diagram struktury. Składa się ona głównie z dwóch części, linii głównej i linii pomocniczej, które są ze sobą połączone za pomocą różnych form małych otworów, szczelin i przerw. Dlatego część mocy wejściowej z „1” na końcu linii głównej zostanie sprzężona z linią wtórną. Ze względu na interferencję lub superpozycję fal, moc będzie przesyłana tylko wzdłuż linii wtórnej — w jednym kierunku (nazywanym „do przodu”), a w drugim. Niemal nie ma przesyłu mocy w jednym kierunku (nazywanym „do tyłu”).
Rysunek 2 przedstawia sprzęgacz krzyżowy, jeden z portów sprzęgacza jest podłączony do wbudowanego obciążenia dopasowującego.
Zastosowanie sprzęgacza kierunkowego
1. dla układu syntezy mocy
Sprzęgacz kierunkowy 3dB (powszechnie znany jako mostek 3dB) jest zwykle używany w wielonośnikowym systemie syntezy częstotliwości, jak pokazano na poniższym rysunku. Ten rodzaj obwodu jest powszechny w rozproszonych systemach wewnętrznych. Po przejściu sygnałów f1 i f2 z dwóch wzmacniaczy mocy przez sprzęgacz kierunkowy 3dB, wyjście każdego kanału zawiera dwie składowe częstotliwości f1 i f2, a 3dB zmniejsza amplitudę każdej składowej częstotliwości. Jeśli jeden z zacisków wyjściowych jest podłączony do obciążenia absorbującego, drugie wyjście może być używane jako źródło zasilania pasywnego systemu pomiaru intermodulacji. Jeśli trzeba jeszcze bardziej poprawić izolację, można dodać pewne komponenty, takie jak filtry i izolatory. Izolacja dobrze zaprojektowanego mostka 3dB może być większa niż 33dB.
Sprzęgacz kierunkowy stosowany jest w pierwszym systemie łączenia mocy.
Obszar wpustu kierunkowego jako kolejne zastosowanie łączenia mocy pokazano na rysunku (a) poniżej. W tym obwodzie kierunkowość sprzęgacza kierunkowego została sprytnie zastosowana. Zakładając, że stopnie sprzężenia obu sprzęgaczy wynoszą 10 dB, a kierunkowość wynosi 25 dB, izolacja między końcami f1 i f2 wynosi 45 dB. Jeśli wejścia f1 i f2 wynoszą 0 dBm, łączna wartość wyjściowa wynosi -10 dBm. W porównaniu ze sprzęgaczem Wilkinsona na rysunku (b) poniżej (jego typowa wartość izolacji wynosi 20 dB), ten sam sygnał wejściowy OdBm, po syntezie, wynosi -3 dBm (bez uwzględnienia tłumienności wstawiania). W porównaniu z warunkiem międzypróbkowania zwiększamy sygnał wejściowy na rysunku (a) o 7 dB, tak aby jego wyjście było zgodne z rysunkiem (b). W tym momencie izolacja między f1 i f2 na rysunku (a) „zmniejsza się” „wynosi 38 dB. Końcowy wynik porównania jest taki, że metoda syntezy mocy sprzęgacza kierunkowego jest o 18 dB wyższa niż sprzęgacza Wilkinsona. Ten schemat nadaje się do pomiaru intermodulacji dziesięciu wzmacniaczy.
W układzie łączenia mocy 2 zastosowano sprzęgacz kierunkowy
2. Służy do pomiaru zakłóceń odbiornika lub pomiaru zakłóceń niepożądanych
W systemie testowania i pomiaru RF często można zobaczyć obwód pokazany na poniższym rysunku. Załóżmy, że DUT (urządzenie lub sprzęt poddawany testowi) jest odbiornikiem. W takim przypadku sygnał interferencji sąsiedniego kanału może zostać wprowadzony do odbiornika przez koniec sprzęgający sprzęgacza kierunkowego. Następnie zintegrowany tester podłączony do nich przez sprzęgacz kierunkowy może przetestować rezystancję odbiornika — wydajność tysiąca interferencji. Jeśli DUT jest telefonem komórkowym, nadajnik telefonu można włączyć za pomocą kompleksowego testera podłączonego do końca sprzęgającego sprzęgacza kierunkowego. Następnie można użyć analizatora widma do pomiaru sygnału wyjściowego telefonu sceny. Oczywiście, przed analizatorem widma należy dodać pewne obwody filtrów. Ponieważ ten przykład omawia tylko zastosowanie sprzęgaczy kierunkowych, obwód filtra jest pomijany.
Sprzęgacz kierunkowy służy do pomiaru przeciwzakłóceniowego odbiornika lub nieprawidłowej wysokości telefonu komórkowego.
W tym obwodzie testowym kierunkowość sprzęgacza kierunkowego jest bardzo ważna. Analizator widma podłączony do końca przelotowego chce tylko odbierać sygnał z DUT i nie chce odbierać hasła z końca sprzęgającego.
3. do pobierania próbek sygnału i monitorowania
Pomiar i monitorowanie nadajnika online może być jednym z najszerzej stosowanych zastosowań sprzęgaczy kierunkowych. Poniższy rysunek przedstawia typowe zastosowanie sprzęgaczy kierunkowych do pomiaru stacji bazowych sieci komórkowych. Załóżmy, że moc wyjściowa nadajnika wynosi 43 dBm (20 W), sprzężenie sprzęgacza kierunkowego. Pojemność wynosi 30 dB, tłumienie wstawiania (tłumienie linii plus tłumienie sprzężenia) wynosi 0,15 dB. Koniec sprzężenia ma sygnał 13 dBm (20 mW) wysłany do testera stacji bazowej, bezpośrednie wyjście sprzęgacza kierunkowego wynosi 42,85 dBm (19,3 W), a upływ wynosi Moc po stronie izolowanej jest absorbowana przez obciążenie.
Sprzęgacz kierunkowy służy do pomiaru stacji bazowych.
Prawie wszystkie nadajniki wykorzystują tę metodę do pobierania próbek i monitorowania online, a być może tylko ta metoda może zagwarantować test wydajności nadajnika w normalnych warunkach pracy. Należy jednak zauważyć, że to samo dotyczy testu nadajnika, a różni testerzy mają różne obawy. Biorąc za przykład stacje bazowe WCDMA, operatorzy muszą zwracać uwagę na wskaźniki w swoim paśmie częstotliwości roboczych (2110~2170MHz), takie jak jakość sygnału, moc w kanale, moc w kanale sąsiednim itp. Zgodnie z tym założeniem producenci zainstalują na wyjściu stacji bazowej wąskopasmowy (taki jak 2110~2170MHz) sprzęgacz kierunkowy w celu monitorowania warunków pracy nadajnika w paśmie i wysyłania go do centrum sterowania w dowolnym momencie.
Jeśli jest to regulator widma częstotliwości radiowych — stacja monitorowania radiowego do testowania miękkich wskaźników stacji bazowych, jego nacisk jest zupełnie inny. Zgodnie z wymogami specyfikacji zarządzania radiowego zakres częstotliwości testowych jest rozszerzony do 9 kHz ~ 12,75 GHz, a testowana stacja bazowa jest tak szeroka. Jak dużo promieniowania ubocznego zostanie wygenerowane w paśmie częstotliwości i zakłóci normalną pracę innych stacji bazowych? To problem stacji monitorowania radiowego. W tej chwili do próbkowania sygnału wymagany jest sprzęgacz kierunkowy o tej samej szerokości pasma, ale sprzęgacz kierunkowy, który może obejmować 9 kHz ~ 12,75 GHz, wydaje się nie istnieć. Wiemy, że długość ramienia sprzęgającego sprzęgacza kierunkowego jest związana z jego częstotliwością środkową. Szerokość pasma sprzęgacza kierunkowego ultraszerokopasmowego może osiągnąć pasma 5-6 oktawowe, takie jak 0,5-18 GHz, ale pasmo częstotliwości poniżej 500 MHz nie może zostać pokryte.
4. Pomiar mocy online
W technologii pomiaru mocy typu przelotowego sprzęgacz kierunkowy jest bardzo krytycznym urządzeniem. Poniższy rysunek przedstawia schemat typowego systemu pomiaru mocy przelotowej. Moc do przodu ze wzmacniacza poddawanego testowi jest próbkowana przez końcówkę sprzęgającą do przodu (zacisk 3) sprzęgacza kierunkowego i przesyłana do miernika mocy. Moc odbita jest próbkowana przez końcówkę sprzęgającą odwrotną (zacisk 4) i przesyłana do miernika mocy.
Do pomiaru dużej mocy stosuje się sprzęgacz kierunkowy.
Uwaga: Oprócz odbioru mocy odbitej z obciążenia, zacisk sprzężenia zwrotnego (zacisk 4) odbiera również moc upływu z kierunku do przodu (zacisk 1), co jest spowodowane kierunkowością sprzęgacza kierunkowego. Odbita energia jest tym, co tester ma nadzieję zmierzyć, a moc upływu jest głównym źródłem błędów w pomiarze mocy odbitej. Moc odbita i moc upływu są nakładane na koniec sprzężenia zwrotnego (4 końce), a następnie przesyłane do miernika mocy. Ponieważ ścieżki transmisji dwóch sygnałów są różne, jest to superpozycja wektorowa. Jeśli moc upływu wprowadzona do miernika mocy może zostać porównana z mocą odbitą, spowoduje to znaczny błąd pomiaru.
Oczywiście, odbita moc z obciążenia (koniec 2) również będzie wyciekać do przedniego końca sprzęgającego (koniec 1, niewidoczny na powyższym rysunku). Mimo to jej wielkość jest minimalna w porównaniu do mocy do przodu, która mierzy siłę do przodu. Powstały błąd można zignorować.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun, jest przedsiębiorstwem high-tech, które zajmuje się obsługą krajowych i zagranicznych instytucji badawczych, instytutów badawczych, uniwersytetów i personelu naukowego przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją, sprzedażą produktów optoelektronicznych oraz dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji utworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które są szeroko stosowane w przemyśle komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 20-kwi-2023