Cuploarele direcționale sunt componente standard pentru microunde/unde milimetrice în măsurarea microundelor și în alte sisteme cu microunde. Pot fi utilizate pentru izolarea, separarea și amestecarea semnalelor, cum ar fi monitorizarea puterii, stabilizarea puterii de ieșire a sursei, izolarea sursei de semnal, testarea baleierei frecvenței de transmisie și reflexie etc. Este un divizor direcțional de putere a microundelor și este o componentă indispensabilă în reflectometrele moderne cu baleiere a frecvenței. De obicei, există mai multe tipuri, cum ar fi ghid de undă, linie coaxială, linie cu bandă și microstrip.
Figura 1 este o diagramă schematică a structurii. Aceasta include în principal două părți, linia principală și linia auxiliară, care sunt cuplate una cu cealaltă prin diverse forme de găuri mici, fante și goluri. Prin urmare, o parte din puterea de intrare de la „1” de la capătul liniei principale va fi cuplată la linia secundară. Datorită interferenței sau suprapunerii undelor, puterea va fi transmisă doar de-a lungul liniei secundare - într-o direcție (numită „înainte”), iar în cealaltă. Aproape că nu există nicio transmisie de putere într-o singură ordine (numită „înapoi”).
Figura 2 este un cuplor transversal, unul dintre porturile din cuplaj fiind conectat la o sarcină de adaptare încorporată.
Aplicarea cuplajului direcțional
1, pentru sistemul de sinteză a energiei
Un cuplor direcțional de 3dB (cunoscut în mod obișnuit ca punte de 3dB) este utilizat de obicei într-un sistem de sinteză a frecvenței cu purtătoare multiple, așa cum se arată în figura de mai jos. Acest tip de circuit este comun în sistemele distribuite de interior. După ce semnalele f1 și f2 de la două amplificatoare de putere trec printr-un cuplor direcțional de 3dB, ieșirea fiecărui canal conține două componente de frecvență f1 și f2, iar 3dB reduce amplitudinea fiecărei componente de frecvență. Dacă unul dintre terminalele de ieșire este conectat la o sarcină absorbantă, cealaltă ieșire poate fi utilizată ca sursă de alimentare a sistemului de măsurare a intermodulației pasive. Dacă este nevoie să îmbunătățiți izolația în continuare, puteți adăuga câteva componente, cum ar fi filtre și izolatoare. Izolarea unei punți de 3dB bine proiectate poate fi mai mare de 33dB.
Cuplajul direcțional este utilizat în sistemul unu de combinare a puterii.
Zona de rafală direcțională, ca o altă aplicație a combinării puterii, este prezentată în figura (a) de mai jos. În acest circuit, directivitatea cuplorului direcțional a fost aplicată inteligent. Presupunând că gradele de cuplare ale celor două cuploare sunt ambele de 10dB, iar directivitatea este ambele de 25dB, izolația dintre capetele f1 și f2 este de 45dB. Dacă intrările f1 și f2 sunt ambele de 0dBm, ieșirea combinată este ambele de -10dBm. Comparativ cu cuplorul Wilkinson din figura (b) de mai jos (valoarea sa tipică de izolare este de 20dB), același semnal de intrare OdBm, după sinteză, există -3dBm (fără a lua în considerare pierderea de inserție). Comparativ cu condiția inter-eșantion, creștem semnalul de intrare din figura (a) cu 7dB, astfel încât ieșirea sa să fie consistentă cu figura (b). În acest moment, izolația dintre f1 și f2 din figura (a) „scade” cu 38 dB. Rezultatul final al comparației este că metoda de sinteză a puterii a cuplorului direcțional este cu 18 dB mai mare decât cea a cuplorului Wilkinson. Această schemă este potrivită pentru măsurarea intermodulației a zece amplificatoare.
Un cuplor direcțional este utilizat în sistemul de combinare a puterii 2
2, utilizat pentru măsurarea anti-interferenței receptorului sau măsurarea semnalelor false
În sistemul de testare și măsurare RF, circuitul prezentat în figura de mai jos poate fi adesea observat. Să presupunem că DUT-ul (dispozitivul sau echipamentul testat) este un receptor. În acest caz, un semnal de interferență al canalului adiacent poate fi injectat în receptor prin capătul de cuplare al cuplorului direcțional. Apoi, un tester integrat conectat la acesta prin cuplorul direcțional poate testa rezistența receptorului - performanța la mii de interferențe. Dacă DUT-ul este un telefon mobil, emițătorul telefonului poate fi pornit de un tester complet conectat la capătul de cuplare al cuplorului direcțional. Apoi, un analizor de spectru poate fi utilizat pentru a măsura ieșirea parazită a telefonului de scenă. Desigur, ar trebui adăugate câteva circuite de filtrare înainte de analizorul de spectru. Deoarece acest exemplu discută doar aplicarea cuploarelor direcționale, circuitul de filtrare este omis.
Cuplorul direcțional este utilizat pentru măsurarea anti-interferențe a receptorului sau a înălțimii semnalelor false ale telefonului mobil.
În acest circuit de testare, directivitatea cuplajului direcțional este foarte importantă. Analizorul de spectru conectat la capătul de trecere dorește doar să primească semnalul de la DUT și nu dorește să primească parola de la capătul de cuplare.
3, pentru eșantionarea și monitorizarea semnalului
Măsurarea și monitorizarea online a emițătorului poate fi una dintre cele mai utilizate aplicații ale cuploarelor direcționale. Următoarea figură prezintă o aplicație tipică a cuploarelor direcționale pentru măsurarea stațiilor de bază celulare. Să presupunem că puterea de ieșire a emițătorului este de 43dBm (20W), capacitatea cuplajului direcțional este de 30dB, pierderea de inserție (pierderea liniei plus pierderea de cuplare) este de 0,15dB. Capătul de cuplare primește un semnal de 13dBm (20mW) trimis către testerul stației de bază, ieșirea directă a cuploarului direcțional este de 42,85dBm (19,3W), iar scurgerea este... Puterea de pe partea izolată este absorbită de sarcină.
Cuplorul direcțional este utilizat pentru măsurarea stației de bază.
Aproape toate emițătoarele folosesc această metodă pentru eșantionare și monitorizare online și, probabil, numai această metodă poate garanta testul de performanță al emițătorului în condiții normale de funcționare. Trebuie menționat însă că același lucru se întâmplă și cu testul emițătorului, iar diferiți testeri au preocupări diferite. Luând ca exemplu stațiile de bază WCDMA, operatorii trebuie să acorde atenție indicatorilor din banda lor de frecvență de lucru (2110~2170MHz), cum ar fi calitatea semnalului, puterea în canal, puterea canalului adiacent etc. Pornind de la această premisă, producătorii vor instala la capătul de ieșire al stației de bază un cuplor direcțional cu bandă îngustă (cum ar fi 2110~2170MHz) pentru a monitoriza condițiile de funcționare în bandă ale emițătorului și a-l trimite către centrul de control în orice moment.
Dacă este vorba de regulatorul spectrului de radiofrecvență - stația de monitorizare radio care testează indicatorii stației de bază soft, obiectivul său este complet diferit. Conform cerințelor specificațiilor de management radio, intervalul de frecvență de testare este extins la 9kHz~12.75GHz, iar stația de bază testată este atât de largă. Câtă radiație parazită va fi generată în banda de frecvență și va interfera cu funcționarea normală a altor stații de bază? O preocupare pentru stațiile de monitorizare radio. În acest moment, este necesar un cuplor direcțional cu aceeași lățime de bandă pentru eșantionarea semnalului, dar se pare că nu există un cuplor direcțional care să poată acoperi 9kHz~12.75GHz. Știm că lungimea brațului de cuplare al unui cuplor direcțional este legată de frecvența sa centrală. Lățimea de bandă a unui cuplor direcțional ultra-wideband poate atinge benzi de 5-6 octave, cum ar fi 0.5-18GHz, dar banda de frecvență sub 500MHz nu poate fi acoperită.
4, măsurarea puterii online
În tehnologia de măsurare a puterii de tip through, cuplorul direcțional este un dispozitiv foarte important. Următoarea figură prezintă diagrama schematică a unui sistem tipic de măsurare a puterii mari de tip pass-through. Puterea directă de la amplificatorul testat este eșantionată de capătul de cuplare directă (terminalul 3) al cuplorului direcțional și trimisă către powermetru. Puterea reflectată este eșantionată de terminalul de cuplare inversă (terminalul 4) și trimisă către powermetru.
Un cuplor direcțional este utilizat pentru măsurarea puterii mari.
Atenție: Pe lângă recepționarea puterii reflectate de la sarcină, terminalul de cuplare inversă (terminalul 4) primește și putere de scurgere din direcția directă (terminalul 1), cauzată de directivitatea cuplajului direcțional. Testerul speră să măsoare energia reflectată, iar puterea de scurgere este principala sursă de erori în măsurarea puterii reflectate. Puterea reflectată și puterea de scurgere sunt suprapuse pe capătul de cuplare inversă (4 capete) și apoi trimise către contorul de putere. Deoarece căile de transmisie ale celor două semnale sunt diferite, există o suprapunere vectorială. Dacă puterea de scurgere de intrare în contor poate fi comparată cu puterea reflectată, se va produce o eroare semnificativă de măsurare.
Desigur, puterea reflectată de la sarcină (capătul 2) se va pierde și la capătul cuplajului direct (capătul 1, neprezentat în figura de mai sus). Totuși, magnitudinea sa este minimă în comparație cu puterea directă, care măsoară intensitatea direcționată înainte. Eroarea rezultată poate fi ignorată.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., situată în „Silicon Valley” din China – Beijing Zhongguancun, este o întreprindere de înaltă tehnologie dedicată deservirii instituțiilor de cercetare interne și străine, institutelor de cercetare, universităților și personalului de cercetare științifică din întreprinderi. Compania noastră se ocupă în principal de cercetarea și dezvoltarea independentă, proiectarea, fabricarea și vânzarea de produse optoelectronice și oferă soluții inovatoare și servicii profesionale și personalizate pentru cercetători științifici și ingineri industriali. După ani de inovare independentă, a format o serie bogată și perfectă de produse fotoelectrice, care sunt utilizate pe scară largă în industriile municipale, militare, de transport, energie electrică, finanțe, educație, medicale și alte industrii.
Așteptăm cu nerăbdare o cooperare cu dumneavoastră!
Data publicării: 20 aprilie 2023