Gli accoppiatori direzionali sono componenti standard a microonde/onde millimetriche nella misurazione delle microonde e in altri sistemi a microonde. Possono essere utilizzati per l'isolamento, la separazione e la miscelazione del segnale, come il monitoraggio della potenza, la stabilizzazione della potenza in uscita della sorgente, l'isolamento della sorgente del segnale, il test di scansione della frequenza di trasmissione e riflessione, ecc. È un divisore di potenza a microonde direzionale ed è un componente indispensabile nei moderni riflettometri a frequenza variabile. Solitamente ne esistono di diversi tipi, come guida d'onda, linea coassiale, stripline e microstrip.
La Figura 1 è un diagramma schematico della struttura. Comprende principalmente due parti, la linea principale e la linea ausiliaria, che sono accoppiate tra loro attraverso varie forme di piccoli fori, fessure e spazi vuoti. Pertanto, parte della potenza assorbita dal “1″ all'estremità della linea principale verrà accoppiata alla linea secondaria. A causa dell'interferenza o della sovrapposizione delle onde, la potenza verrà trasmessa solo lungo la linea secondaria: una direzione (chiamata "avanti") e l'altra. Non c'è quasi nessuna trasmissione di potenza in un ordine (chiamato "inverso")
La Figura 2 è un accoppiatore trasversale, una delle porte dell'accoppiatore è collegata a un carico di adattamento integrato.
Applicazione dell'accoppiatore direzionale
1, per il sistema di sintesi energetica
Un accoppiatore direzionale da 3 dB (comunemente noto come ponte da 3 dB) viene solitamente utilizzato in un sistema di sintesi di frequenza multiportante, come mostrato nella figura seguente. Questo tipo di circuito è comune nei sistemi distribuiti per interni. Dopo che i segnali f1 e f2 provenienti da due amplificatori di potenza passano attraverso un accoppiatore direzionale da 3 dB, l'uscita di ciascun canale contiene due componenti di frequenza f1 e f2 e 3 dB riducono l'ampiezza di ciascun componente di frequenza. Se uno dei terminali di uscita è collegato ad un carico assorbente, l'altra uscita può essere utilizzata come fonte di alimentazione del sistema di misurazione dell'intermodulazione passiva. Se è necessario migliorare ulteriormente l'isolamento, è possibile aggiungere alcuni componenti come filtri e isolatori. L'isolamento di un ponte da 3 dB ben progettato può essere superiore a 33 dB.
L'accoppiatore direzionale viene utilizzato nel sistema di combinazione di potenza uno.
L'area del burrone direzionale come un'altra applicazione della combinazione di potenza è mostrata nella figura (a) di seguito. In questo circuito è stata abilmente applicata la direttività dell'accoppiatore direzionale. Supponendo che il grado di accoppiamento dei due accoppiatori sia entrambi di 10 dB e che la direttività sia entrambi di 25 dB, l'isolamento tra le estremità f1 e f2 è di 45 dB. Se gli ingressi di f1 e f2 sono entrambi 0dBm, l'uscita combinata è entrambi -10dBm. Rispetto all'accoppiatore Wilkinson della figura (b) sotto (il suo valore di isolamento tipico è 20dB), lo stesso segnale di ingresso dell'OdBm, dopo la sintesi, risulta pari a -3dBm (senza considerare la perdita di inserzione). Rispetto alla condizione inter-sample, aumentiamo il segnale di ingresso nella figura (a) di 7 dB in modo che la sua uscita sia coerente con la figura (b). In questo momento, l’isolamento tra f1 e f2 nella figura (a) “diminuisce” “è di 38 dB. Il risultato finale del confronto è che il metodo di sintesi di potenza dell'accoppiatore direzionale è 18 dB più alto rispetto all'accoppiatore Wilkinson. Questo schema è adatto per la misura dell'intermodulazione di dieci amplificatori.
Un accoppiatore direzionale viene utilizzato nel sistema di combinazione di potenza 2
2, utilizzato per la misurazione anti-interferenza del ricevitore o per la misurazione spuria
Nel sistema di test e misurazione RF, spesso è possibile vedere il circuito mostrato nella figura seguente. Supponiamo che il DUT (dispositivo o apparecchiatura sotto test) sia un ricevitore. In tal caso, un segnale di interferenza del canale adiacente può essere iniettato nel ricevitore attraverso l'estremità di accoppiamento dell'accoppiatore direzionale. Quindi un tester integrato collegato ad essi tramite l'accoppiatore direzionale può testare la resistenza del ricevitore, ovvero le prestazioni di migliaia di interferenze. Se il DUT è un telefono cellulare, il trasmettitore del telefono può essere acceso da un tester completo collegato all'estremità di accoppiamento dell'accoppiatore direzionale. Quindi è possibile utilizzare un analizzatore di spettro per misurare l'uscita spuria del telefono di scena. Naturalmente alcuni circuiti di filtraggio dovrebbero essere aggiunti prima dell'analizzatore di spettro. Poiché in questo esempio viene illustrata solo l'applicazione degli accoppiatori direzionali, il circuito del filtro viene omesso.
L'accoppiatore direzionale viene utilizzato per la misurazione anti-interferenza del ricevitore o dell'altezza spuria del telefono cellulare.
In questo circuito di prova la direttività dell'accoppiatore direzionale è molto importante. L'analizzatore di spettro collegato all'estremità passante desidera ricevere solo il segnale dal DUT e non desidera ricevere la password dall'estremità di accoppiamento.
3, per il campionamento e il monitoraggio del segnale
La misurazione e il monitoraggio online dei trasmettitori possono essere una delle applicazioni più utilizzate degli accoppiatori direzionali. La figura seguente è una tipica applicazione degli accoppiatori direzionali per la misurazione della stazione base cellulare. Supponiamo che la potenza di uscita del trasmettitore sia 43 dBm (20 W), l'accoppiamento dell'accoppiatore direzionale. La capacità è di 30 dB, la perdita di inserzione (perdita di linea più perdita di accoppiamento) è di 0,15 dB. L'estremità dell'accoppiamento ha un segnale di 13 dBm (20 mW) inviato al tester della stazione base, l'uscita diretta dell'accoppiatore direzionale è di 42,85 dBm (19,3 W) e la dispersione è La potenza sul lato isolato viene assorbita da un carico.
L'accoppiatore direzionale viene utilizzato per la misurazione della stazione base.
Quasi tutti i trasmettitori utilizzano questo metodo per il campionamento e il monitoraggio online e forse solo questo metodo può garantire il test delle prestazioni del trasmettitore in normali condizioni di lavoro. Ma va notato che lo stesso è il test del trasmettitore e che tester diversi hanno preoccupazioni diverse. Prendendo come esempio le stazioni base WCDMA, gli operatori devono prestare attenzione agli indicatori nella loro banda di frequenza di lavoro (2110~2170 MHz), come la qualità del segnale, la potenza nel canale, la potenza del canale adiacente, ecc. Con questa premessa, i produttori installeranno a l'estremità di uscita della stazione base Un accoppiatore direzionale a banda stretta (come 2110~2170 MHz) per monitorare le condizioni di lavoro in banda del trasmettitore e inviarlo al centro di controllo in qualsiasi momento.
Se è il regolatore dello spettro delle radiofrequenze, la stazione di monitoraggio radio, a testare gli indicatori della stazione base, il suo obiettivo è completamente diverso. Secondo i requisiti delle specifiche di gestione radio, la gamma di frequenza di test è estesa a 9kHz~12,75GHz e la stazione base testata è molto ampia. Quante radiazioni spurie verranno generate nella banda di frequenza e interferiranno con il regolare funzionamento di altre stazioni base? Una preoccupazione delle stazioni di monitoraggio radio. Al momento, per il campionamento del segnale è necessario un accoppiatore direzionale con la stessa larghezza di banda, ma non sembra esistere un accoppiatore direzionale in grado di coprire 9kHz~12,75GHz. Sappiamo che la lunghezza del braccio di accoppiamento di un accoppiatore direzionale è correlata alla sua frequenza centrale. La larghezza di banda di un accoppiatore direzionale a banda ultralarga può raggiungere bande di 5-6 ottave, ad esempio 0,5-18 GHz, ma la banda di frequenza inferiore a 500 MHz non può essere coperta.
4, misurazione della potenza in linea
Nella tecnologia di misurazione della potenza di tipo passante, l'accoppiatore direzionale è un dispositivo molto critico. La figura seguente mostra il diagramma schematico di un tipico sistema di misurazione passante ad alta potenza. La potenza diretta proveniente dall'amplificatore in prova viene campionata dall'estremità di accoppiamento diretto (terminale 3) dell'accoppiatore direzionale e inviata al misuratore di potenza. La potenza riflessa viene campionata dal terminale di accoppiamento inverso (terminale 4) e inviata al misuratore di potenza.
Per la misurazione di alta potenza viene utilizzato un accoppiatore direzionale.
Nota: oltre a ricevere la potenza riflessa dal carico, il terminale di accoppiamento inverso (terminale 4) riceve anche potenza di dispersione dalla direzione in avanti (terminale 1), causata dalla direttività dell'accoppiatore direzionale. L'energia riflessa è ciò che il tester spera di misurare e la potenza di dispersione è la principale fonte di errori nella misurazione della potenza riflessa. La potenza riflessa e la potenza di dispersione vengono sovrapposte all'estremità di accoppiamento inverso (4 estremità) e quindi inviate al misuratore di potenza. Poiché i percorsi di trasmissione dei due segnali sono diversi, si tratta di una sovrapposizione vettoriale. Se la potenza di dispersione in ingresso al misuratore di potenza può essere confrontata con la potenza riflessa, si produrrà un errore di misurazione significativo.
Naturalmente, la potenza riflessa dal carico (estremità 2) si disperderà anche verso l'estremità dell'accoppiamento anteriore (estremità 1, non mostrata nella figura sopra). Tuttavia, la sua grandezza è minima rispetto alla potenza in avanti, che misura la forza in avanti. L'errore risultante può essere ignorato.
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Orario di pubblicazione: 20 aprile 2023