Os acopladores direccionais son compoñentes estándar de microondas/ondas milimétricas na medición de microondas e outros sistemas de microondas. Pódense usar para o illamento, a separación e a mestura de sinais, como a monitorización de potencia, a estabilización da potencia de saída da fonte, o illamento da fonte de sinal, as probas de varrido de frecuencia de transmisión e reflexión, etc. É un divisor de potencia de microondas direccional e é un compoñente indispensable nos reflectómetros de varrido de frecuencia modernos. Normalmente, hai varios tipos, como guía de ondas, liña coaxial, liña de banda e microbanda.
A figura 1 é un diagrama esquemático da estrutura. Inclúe principalmente dúas partes, a liña principal e a liña auxiliar, que están acopladas entre si a través de diversas formas de pequenos buratos, fendas e ocos. Polo tanto, parte da entrada de enerxía do "1" no extremo da liña principal estará acoplada á liña secundaria. Debido á interferencia ou superposición de ondas, a enerxía só se transmitirá ao longo da liña secundaria, nunha dirección (chamada "cara adiante") e na outra. Case non hai transmisión de enerxía nunha orde (chamada "cara atrás").
A figura 2 é un acoplador transversal, un dos portos do acoplador está conectado a unha carga de adaptación incorporada.
Aplicación do acoplador direccional
1, para o sistema de síntese de enerxía
Un acoplador direccional de 3dB (coñecido comunmente como ponte de 3dB) adoita empregarse nun sistema de síntese de frecuencia multiportadora, como se mostra na figura seguinte. Este tipo de circuíto é común en sistemas distribuídos de interiores. Despois de que os sinais f1 e f2 de dous amplificadores de potencia pasen por un acoplador direccional de 3dB, a saída de cada canle contén dous compoñentes de frecuencia f1 e f2, e 3dB reduce a amplitude de cada compoñente de frecuencia. Se un dos terminais de saída está conectado a unha carga absorbente, a outra saída pódese usar como fonte de alimentación do sistema de medición de intermodulación pasiva. Se precisa mellorar aínda máis o illamento, pode engadir algúns compoñentes como filtros e illadores. O illamento dunha ponte de 3dB ben deseñada pode ser superior a 33 dB.
O acoplador direccional úsase no sistema de combinación de potencia un.
A área de rañura direccional como outra aplicación da combinación de potencia móstrase na figura (a) a continuación. Neste circuíto, a directividade do acoplador direccional aplicouse con intelixencia. Partindo da suposición de que os graos de acoplamento dos dous acopladores son ambos de 10 dB e a directividade é ambas de 25 dB, o illamento entre os extremos f1 e f2 é de 45 dB. Se as entradas de f1 e f2 son ambas de 0 dBm, a saída combinada é ambas de -10 dBm. En comparación co acoplador de Wilkinson da figura (b) a continuación (o seu valor de illamento típico é de 20 dB), o mesmo sinal de entrada de OdBm, despois da síntese, hai -3 dBm (sen considerar a perda de inserción). En comparación coa condición entre mostras, aumentamos o sinal de entrada da figura (a) en 7 dB para que a súa saída sexa consistente coa figura (b). Neste momento, o illamento entre f1 e f2 na figura (a) "diminúe" "É 38 dB. O resultado final da comparación é que o método de síntese de potencia do acoplador direccional é 18 dB superior ao do acoplador de Wilkinson. Este esquema é axeitado para a medición de intermodulación de dez amplificadores.
Úsase un acoplador direccional no sistema de combinación de potencia 2
2, usado para a medición antiinterferencia do receptor ou a medición espuria
No sistema de proba e medición de RF, pódese ver a miúdo o circuíto que se mostra na figura seguinte. Supoñamos que o DUT (dispositivo ou equipo en proba) é un receptor. Nese caso, pódese inxectar un sinal de interferencia de canle adxacente no receptor a través do extremo de acoplamento do acoplador direccional. Despois, un probador integrado conectado a eles a través do acoplador direccional pode probar a resistencia do receptor (mil rendemento de interferencias). Se o DUT é un teléfono móbil, o transmisor do teléfono pódese activar mediante un probador completo conectado ao extremo de acoplamento do acoplador direccional. Entón, pódese usar un analizador de espectro para medir a saída espuria do teléfono de escena. Por suposto, débense engadir algúns circuítos de filtro antes do analizador de espectro. Dado que este exemplo só trata a aplicación dos acopladores direccionais, o circuíto de filtro omítese.
O acoplador direccional úsase para a medición antiinterferencias do receptor ou da altura espuria do teléfono móbil.
Neste circuíto de proba, a directividade do acoplador direccional é moi importante. O analizador de espectro conectado ao extremo pasante só quere recibir o sinal do DUT e non quere recibir o contrasinal do extremo de acoplamento.
3, para a mostraxe e monitorización de sinais
A medición e monitorización en liña do transmisor pode ser unha das aplicacións máis empregadas dos acopladores direccionais. A seguinte figura móstrase unha aplicación típica dos acopladores direccionais para a medición de estacións base celulares. Supoñamos que a potencia de saída do transmisor é de 43 dBm (20 W), o acoplamento do acoplador direccional. A capacidade é de 30 dB, a perda de inserción (perda de liña máis perda de acoplamento) é de 0,15 dB. O extremo de acoplamento recibe un sinal de 13 dBm (20 mW) enviado ao probador da estación base, a saída directa do acoplador direccional é de 42,85 dBm (19,3 W) e a fuga é de A potencia no lado illado é absorbida por unha carga.
O acoplador direccional úsase para a medición da estación base.
Case todos os transmisores empregan este método para a mostraxe e a monitorización en liña, e quizais só este método poida garantir a proba de rendemento do transmisor en condicións de traballo normais. Pero cómpre ter en conta que a mesma é a proba do transmisor, e diferentes probadores teñen diferentes preocupacións. Tomando como exemplo as estacións base WCDMA, os operadores deben prestar atención aos indicadores na súa banda de frecuencia de traballo (2110~2170MHz), como a calidade do sinal, a potencia no canal, a potencia do canal adxacente, etc. Baixo esta premisa, os fabricantes instalarán no extremo de saída da estación base un acoplador direccional de banda estreita (como 2110~2170MHz) para monitorizar as condicións de traballo dentro da banda do transmisor e envialo ao centro de control en calquera momento.
Se é o regulador do espectro de radiofrecuencia (a estación de monitorización de radio) para probar os indicadores da estación base branda, o seu enfoque é completamente diferente. Segundo os requisitos da especificación de xestión de radio, o rango de frecuencia de proba esténdese a 9 kHz ~ 12,75 GHz, e a estación base probada é tan ampla. Canta radiación espuria se xerará na banda de frecuencia e interferirá co funcionamento normal doutras estacións base? Unha preocupación das estacións de monitorización de radio. Neste momento, requírese un acoplador direccional co mesmo ancho de banda para a mostraxe de sinal, pero non parece existir un acoplador direccional que poida cubrir 9 kHz ~ 12,75 GHz. Sabemos que a lonxitude do brazo de acoplamento dun acoplador direccional está relacionada coa súa frecuencia central. O ancho de banda dun acoplador direccional de banda ultra ancha pode alcanzar bandas de 5-6 oitavas, como 0,5-18 GHz, pero non se pode cubrir a banda de frecuencia por debaixo de 500 MHz.
4, medición de potencia en liña
Na tecnoloxía de medición de potencia de tipo pasante, o acoplador direccional é un dispositivo moi crítico. A seguinte figura mostra o diagrama esquemático dun sistema de medición de alta potencia de paso típico. A potencia directa do amplificador en proba é mostrada polo extremo de acoplamento directo (terminal 3) do acoplador direccional e envíase ao medidor de potencia. A potencia reflectida é mostrada polo terminal de acoplamento inverso (terminal 4) e envíase ao medidor de potencia.
Un acoplador direccional úsase para medicións de alta potencia.
Nota: Ademais de recibir a potencia reflectida da carga, o terminal de acoplamento inverso (terminal 4) tamén recibe potencia de fuga da dirección cara adiante (terminal 1), que se produce pola directividade do acoplador direccional. A enerxía reflectida é o que o probador espera medir, e a potencia de fuga é a principal fonte de erros na medición da potencia reflectida. A potencia reflectida e a potencia de fuga superpóñense no extremo de acoplamento inverso (4 extremos) e logo envíanse ao medidor de potencia. Dado que as rutas de transmisión dos dous sinais son diferentes, trátase dunha superposición vectorial. Se a entrada de potencia de fuga ao medidor de potencia se pode comparar coa potencia reflectida, producirase un erro de medición significativo.
Por suposto, a potencia reflectida da carga (extremo 2) tamén se filtrará ao extremo do acoplamento directo (extremo 1, non mostrado na figura anterior). Aínda así, a súa magnitude é mínima en comparación coa potencia directa, que mide a forza directa. O erro resultante pódese ignorar.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., situada no "Silicon Valley" da China (Pequín Zhongguancun), é unha empresa de alta tecnoloxía dedicada a servir a institucións de investigación nacionais e estranxeiras, institutos de investigación, universidades e persoal de investigación científica empresarial. A nosa empresa dedícase principalmente á investigación e desenvolvemento independentes, deseño, fabricación e venda de produtos optoelectrónicos, e ofrece solucións innovadoras e servizos profesionais e personalizados para investigadores científicos e enxeñeiros industriais. Tras anos de innovación independente, formou unha serie rica e perfecta de produtos fotoeléctricos, que se usan amplamente nas industrias municipal, militar, de transporte, enerxía eléctrica, financeira, educativa, médica e outras.
Agardamos con interese a túa cooperación!
Data de publicación: 20 de abril de 2023