Sprzęgacze kierunkowe to standardowe komponenty mikrofalowe/milimetrowe 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. Są to kierunkowe mikrofalowe dzielniki mocy i niezbędny element nowoczesnych reflektometrów o przemiatanej częstotliwości. Zazwyczaj występują w kilku typach, takich jak falowód, linia koncentryczna, linia paskowa i mikropasek.
Rysunek 1 przedstawia schematyczny diagram konstrukcji. Składa się ona głównie z dwóch części: linii głównej i linii pomocniczej, połączonych ze sobą za pomocą różnego rodzaju małych otworów, szczelin i przerw. W związku z tym część mocy wejściowej z „1” na końcu linii głównej będzie sprzężona z linią wtórną. Z powodu interferencji lub superpozycji fal, moc będzie przesyłana wyłącznie wzdłuż linii wtórnej – w jednym kierunku (zwanym „do przodu”), a w drugim. Przesył mocy w jednym kierunku (zwanym „do tyłu”) praktycznie nie występuje.
Rysunek 2 przedstawia sprzęgacz krzyżowy, jeden z portów sprzęgacza jest podłączony do wbudowanego obciążenia dopasowującego.
Zastosowanie sprzęgacza kierunkowego
1. dla układu syntezy energii
Sprzęgacz kierunkowy 3 dB (powszechnie znany jako mostek 3 dB) jest zazwyczaj stosowany w systemach syntezy częstotliwości wielonośnych, jak pokazano na poniższym rysunku. Ten rodzaj układu jest powszechnie stosowany w rozproszonych systemach wewnętrznych. Po przejściu sygnałów f1 i f2 z dwóch wzmacniaczy mocy przez sprzęgacz kierunkowy 3 dB, wyjście każdego kanału zawiera dwie składowe częstotliwości f1 i f2, a 3 dB redukuje amplitudę każdej składowej częstotliwości. Jeśli jeden z zacisków wyjściowych jest podłączony do obciążenia absorbującego, drugie wyjście może służyć jako źródło zasilania pasywnego systemu pomiaru intermodulacji. W celu dalszej poprawy izolacji można dodać elementy, takie jak filtry i izolatory. Izolacja dobrze zaprojektowanego mostka 3 dB może przekraczać 33 dB.
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 wykorzystana. 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 0 dBm, po syntezie, wynosi -3 dBm (bez uwzględnienia tłumienności wtrąceniowej). W porównaniu z warunkiem międzypróbkowym, 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) „spada” o 38 dB. Ostateczny wynik porównania wskazuje, 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 testowo-pomiarowym RF często można zobaczyć układ pokazany na poniższym rysunku. Załóżmy, że testowane urządzenie (DUT) jest odbiornikiem. W takim przypadku sygnał interferencji sąsiedniego kanału może zostać wprowadzony do odbiornika przez końcówkę sprzęgającą sprzęgacza kierunkowego. Następnie zintegrowany tester podłączony do nich przez sprzęgacz kierunkowy może przetestować rezystancję odbiornika — wydajność interferencyjną tysiąca razy. Jeśli testowanym urządzeniem (DUT) jest telefon komórkowy, nadajnik telefonu można włączyć za pomocą kompleksowego testera podłączonego do końcówki sprzęgającej sprzęgacza kierunkowego. Następnie można użyć analizatora widma do pomiaru sygnału niepożądanego telefonu na scenie. Oczywiście, przed analizatorem widma należy dodać pewne obwody filtrujące. Ponieważ ten przykład omawia tylko zastosowanie sprzęgaczy kierunkowych, obwód filtrujący został pominięty.
Sprzęgacz kierunkowy służy do pomiaru przeciwzakłóceniowego odbiornika lub niepożądanej wysokości telefonu komórkowego.
W tym obwodzie testowym kierunkowość sprzęgacza kierunkowego jest bardzo ważna. Analizator widma podłączony do końca przelotowego chce odbierać tylko sygnał z testowanego urządzenia (DUT) i nie chce otrzymywać hasła z końca sprzęgającego.
3. do próbkowania i monitorowania sygnału
Pomiar i monitorowanie nadajnika online może być jednym z najszerzej wykorzystywanych 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, tłumienność wtrąceniowa (tłumienie linii plus tłumienność 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 bazowej.
Prawie wszystkie nadajniki wykorzystują tę metodę do próbkowania i monitorowania online i prawdopodobnie 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 (2110~2170 MHz), takie jak jakość sygnału, moc w kanale, moc w kanale sąsiednim itp. W tym założeniu producenci zainstalują na wyjściu stacji bazowej wąskopasmowy (taki jak 2110~2170 MHz) sprzęgacz kierunkowy w celu monitorowania warunków pracy nadajnika w paśmie i wysyłania go do centrum sterowania w dowolnym momencie.
Jeśli regulatorem widma częstotliwości radiowych jest stacja monitoringu radiowego, która ma testować wskaźniki miękkiej stacji bazowej, jej cel 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. Ile promieniowania niepożądanego będzie generowanego w paśmie częstotliwości i zakłócającego normalną pracę innych stacji bazowych? To problem stacji monitoringu radiowego. Obecnie 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 ultraszerokopasmowego sprzęgacza kierunkowego może osiągnąć pasma 5-6 oktawowe, takie jak 0,5-18 GHz, ale pasmo częstotliwości poniżej 500 MHz nie może być pokryte.
4. Pomiar mocy online
W technologii pomiaru mocy typu przelotowego, sprzęgacz kierunkowy jest niezwykle istotnym elementem. Poniższy rysunek przedstawia schemat typowego systemu pomiaru mocy o dużej mocy typu przelotowego. Moc w kierunku przewodzenia z testowanego wzmacniacza jest próbkowana przez końcówkę sprzęgającą w kierunku przewodzenia (zacisk 3) sprzęgacza kierunkowego i przesyłana do miernika mocy. Moc odbita jest próbkowana przez końcówkę sprzęgającą w kierunku zaporowym (zacisk 4) i przesyłana do miernika mocy.
Do pomiaru dużej mocy stosuje się sprzęgacz kierunkowy.
Uwaga: Oprócz odbioru mocy odbitej od obciążenia, zacisk sprzężenia zwrotnego (zacisk 4) odbiera również moc upływu z kierunku przewodzenia (zacisk 1), co jest spowodowane kierunkowością sprzęgacza kierunkowego. Tester ma nadzieję zmierzyć energię odbitą, a moc upływu jest głównym źródłem błędów w pomiarze mocy odbitej. Moc odbita i moc upływu nakładają się na zacisk sprzężenia zwrotnego (zacisk 4), a następnie przesyłane są do miernika mocy. Ponieważ ścieżki transmisji dwóch sygnałów są różne, jest to superpozycja wektorowa. Jeśli moc upływu wejściowa do miernika mocy może zostać porównana z mocą odbitą, spowoduje to znaczny błąd pomiaru.
Oczywiście, moc odbita od obciążenia (koniec 2) również będzie uciekać do przedniego końca sprzężenia (koniec 1, niewidoczny na powyższym rysunku). Mimo to, jej wartość jest minimalna w porównaniu z mocą w kierunku do przodu, która mierzy siłę w kierunku do przodu. Wynikający z tego błąd można zignorować.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun – to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo, które świadczy usługi krajowym i zagranicznym instytucjom badawczym, instytutom badawczym, uniwersytetom oraz pracownikom naukowo-badawczym przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją i sprzedażą produktów optoelektronicznych, a także dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji, firma stworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które znajdują szerokie zastosowanie w sektorze komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych gałęziach przemysłu.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 20 kwietnia 2023 r.