Gli accoppiatori direzionali sono componenti standard per microonde/onde millimetriche nella misura a microonde e in altri sistemi a microonde. Possono essere utilizzati per l'isolamento, la separazione e la miscelazione del segnale, ad esempio per il monitoraggio della potenza, la stabilizzazione della potenza di uscita della sorgente, l'isolamento della sorgente del segnale, i test di sweep della frequenza di trasmissione e riflessione, ecc. Si tratta di un divisore di potenza direzionale a microonde ed è un componente indispensabile nei moderni riflettometri a frequenza sweep. Solitamente, ne esistono di diversi tipi, come guida d'onda, linea coassiale, stripline e microstrip.
La Figura 1 è uno schema 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 fessure. Pertanto, parte della potenza in ingresso dal terminale "1" della linea principale sarà accoppiata alla linea secondaria. A causa dell'interferenza o della sovrapposizione di onde, la potenza verrà trasmessa solo lungo la linea secondaria: in una direzione (detta "avanti") e nell'altra. Non vi è quasi alcuna trasmissione di potenza in un ordine (detta "indietro").
La figura 2 è un accoppiatore cross-direzionale, una delle porte nell'accoppiatore è collegata a un carico di adattamento integrato.
Applicazione dell'accoppiatore direzionale
1, per il sistema di sintesi di potenza
Un accoppiatore direzionale a 3 dB (comunemente noto come ponte a 3 dB) viene solitamente utilizzato in un sistema di sintesi di frequenza multiportante, come mostrato nella figura sottostante. 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 a 3 dB, l'uscita di ciascun canale contiene due componenti di frequenza f1 e f2, e 3 dB riduce l'ampiezza di ciascuna componente di frequenza. Se uno dei terminali di uscita è collegato a un carico assorbente, l'altra uscita può essere utilizzata come fonte di alimentazione del sistema di misura dell'intermodulazione passiva. Se è necessario migliorare ulteriormente l'isolamento, è possibile aggiungere componenti come filtri e isolatori. L'isolamento di un ponte a 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 canale direzionale come ulteriore applicazione della combinazione di potenza è mostrata nella figura (a) sottostante. In questo circuito, la direttività dell'accoppiatore direzionale è stata applicata in modo intelligente. Supponendo che i gradi di accoppiamento dei due accoppiatori siano entrambi pari a 10 dB e che la direttività sia di 25 dB, l'isolamento tra le estremità f1 e f2 è di 45 dB. Se gli ingressi di f1 e f2 sono entrambi pari a 0 dBm, l'uscita combinata è di -10 dBm. Rispetto all'accoppiatore Wilkinson nella figura (b) sottostante (il cui valore di isolamento tipico è di 20 dB), lo stesso segnale di ingresso di OdBm, dopo la sintesi, presenta -3 dBm (senza considerare la perdita di inserzione). Rispetto alla condizione inter-campione, aumentiamo il segnale di ingresso nella figura (a) di 7 dB in modo che il suo output sia coerente con quello della figura (b). A questo punto, l'isolamento tra f1 e f2 in figura (a) "diminuisce" di 38 dB. Il risultato finale del confronto è che il metodo di sintesi di potenza dell'accoppiatore direzionale è di 18 dB superiore a quello dell'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
Nei sistemi di test e misura RF, si può spesso osservare il circuito mostrato nella figura sottostante. Supponiamo che il DUT (dispositivo o apparecchiatura sottoposta a 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 al ricevitore tramite l'accoppiatore direzionale può testare la resistenza del ricevitore, con prestazioni di mille interferenze. Se il DUT è un telefono cellulare, il trasmettitore del telefono può essere attivato 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 in questione. Naturalmente, è necessario aggiungere alcuni circuiti di filtro prima dell'analizzatore di spettro. Poiché questo esempio illustra solo l'applicazione degli accoppiatori direzionali, il circuito di 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 al terminale passante desidera ricevere solo il segnale dal dispositivo in prova e non la password dal terminale 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 diffuse degli accoppiatori direzionali. La figura seguente mostra una tipica applicazione degli accoppiatori direzionali per la misurazione delle stazioni base cellulari. Supponiamo che la potenza di uscita del trasmettitore sia di 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 di 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 di 0,15 dB. La potenza sul lato isolato è 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 funzionamento. Tuttavia, è opportuno notare che il test del trasmettitore è lo stesso, e che diversi tester hanno esigenze 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. In base a questa premessa, i produttori installeranno all'estremità di uscita della stazione base un accoppiatore direzionale a banda stretta (ad esempio 2110~2170 MHz) per monitorare le condizioni di funzionamento in banda del trasmettitore e inviarle al centro di controllo in qualsiasi momento.
Se è il regolatore dello spettro delle radiofrequenze, ovvero la stazione di monitoraggio radio, a testare gli indicatori delle stazioni base soft, il suo obiettivo è completamente diverso. Secondo i requisiti delle specifiche di gestione radio, l'intervallo di frequenza di prova è esteso a 9 kHz~12,75 GHz, e la stazione base testata è così ampia. Quanta radiazione spuria verrà generata nella banda di frequenza e interferirà con il normale funzionamento delle altre stazioni base? Una preoccupazione per le stazioni di monitoraggio radio. Attualmente, è necessario un accoppiatore direzionale con la stessa larghezza di banda per il campionamento del segnale, ma un accoppiatore direzionale in grado di coprire 9 kHz~12,75 GHz non sembra esistere. 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, come 0,5-18 GHz, ma la banda di frequenza inferiore a 500 MHz non può essere coperta.
4, misurazione della potenza online
Nella tecnologia di misura della potenza passante, l'accoppiatore direzionale è un dispositivo estremamente critico. La figura seguente mostra lo schema di un tipico sistema di misura ad alta potenza passante. 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 potenza elevata viene utilizzato un accoppiatore direzionale.
Nota: oltre a ricevere la potenza riflessa dal carico, il terminale di accoppiamento inverso (terminale 4) riceve anche la potenza di dispersione dalla direzione diretta (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 diretto (estremità 1, non mostrata nella figura sopra). Tuttavia, la sua entità è minima rispetto alla potenza diretta, che misura la forza diretta. L'errore risultante può essere ignorato.
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Data di pubblicazione: 20 aprile 2023