Acopladores direcionais são componentes padrão de micro-ondas/ondas milimétricas em medições de micro-ondas e outros sistemas de micro-ondas. Eles podem ser usados para isolamento, separação e mistura de sinais, como monitoramento de potência, estabilização da potência de saída da fonte, isolamento da fonte de sinal, teste de varredura de frequência de transmissão e reflexão, etc. Trata-se de um divisor de potência de micro-ondas direcional e um componente indispensável em refletômetros modernos de frequência de varredura. Geralmente, existem vários tipos, como guia de onda, linha coaxial, linha de fita e microfita.
A Figura 1 é um diagrama esquemático da estrutura. Ela inclui principalmente duas partes, a linha principal e a linha auxiliar, que são acopladas entre si por meio de vários tipos de pequenos orifícios, fendas e vãos. Portanto, parte da energia fornecida pelo terminal "1" da linha principal será acoplada à linha secundária. Devido à interferência ou superposição de ondas, a energia será transmitida apenas pela linha secundária – em uma direção (denominada "direta") e na outra. Quase não há transmissão de energia em uma ordem (denominada "reversa").
A Figura 2 é um acoplador multidirecional, uma das portas do acoplador está conectada a uma carga correspondente integrada.
Aplicação do Acoplador Direcional
1, para sistema de síntese de energia
Um acoplador direcional de 3 dB (comumente conhecido como ponte de 3 dB) é geralmente usado em um sistema de síntese de frequência multiportadora, como mostrado na figura abaixo. Esse tipo de circuito é comum em sistemas distribuídos internos. Após os sinais f1 e f2 de dois amplificadores de potência passarem por um acoplador direcional de 3 dB, a saída de cada canal contém dois componentes de frequência f1 e f2, e 3 dB reduz a amplitude de cada componente de frequência. Se um dos terminais de saída estiver conectado a uma carga absorvedora, a outra saída pode ser usada como fonte de alimentação do sistema de medição de intermodulação passiva. Se for necessário melhorar ainda mais o isolamento, você pode adicionar alguns componentes, como filtros e isoladores. O isolamento de uma ponte de 3 dB bem projetada pode ser superior a 33 dB.
O acoplador direcional é usado no sistema de combinação de energia um.
A área de ravina direcional como outra aplicação de combinação de potência é mostrada na figura (a) abaixo. Neste circuito, a diretividade do acoplador direcional foi aplicada de forma inteligente. Assumindo que os graus de acoplamento dos dois acopladores são ambos de 10 dB e a diretividade é ambas de 25 dB, o isolamento entre as extremidades f1 e f2 é de 45 dB. Se as entradas de f1 e f2 forem ambas de 0 dBm, a saída combinada será ambas de -10 dBm. Comparado com o acoplador Wilkinson na figura (b) abaixo (seu valor típico de isolamento é de 20 dB), o mesmo sinal de entrada de 0 dBm, após a síntese, apresenta -3 dBm (sem considerar a perda de inserção). Comparado à condição interamostra, aumentamos o sinal de entrada na figura (a) em 7 dB para que sua saída seja consistente com a figura (b). Neste momento, o isolamento entre f1 e f2 na figura (a) "diminui" em 38 dB. O resultado final da comparação é que o método de síntese de potência do acoplador direcional é 18 dB superior ao do acoplador Wilkinson. Este esquema é adequado para a medição de intermodulação de dez amplificadores.
Um acoplador direcional é usado no sistema de combinação de energia 2
2, usado para medição anti-interferência do receptor ou medição espúria
No sistema de teste e medição de RF, o circuito mostrado na figura abaixo pode ser visto frequentemente. Suponha que o DUT (dispositivo ou equipamento em teste) seja um receptor. Nesse caso, um sinal de interferência de canal adjacente pode ser injetado no receptor através da extremidade de acoplamento do acoplador direcional. Então, um testador integrado conectado a eles através do acoplador direcional pode testar a resistência do receptor — desempenho de interferência de milhares. Se o DUT for um telefone celular, o transmissor do telefone pode ser ligado por um testador abrangente conectado à extremidade de acoplamento do acoplador direcional. Então, um analisador de espectro pode ser usado para medir a saída espúria do telefone de cena. Obviamente, alguns circuitos de filtro devem ser adicionados antes do analisador de espectro. Como este exemplo discute apenas a aplicação de acopladores direcionais, o circuito de filtro é omitido.
O acoplador direcional é usado para medição antiinterferência do receptor ou altura espúria do telefone celular.
Neste circuito de teste, a diretividade do acoplador direcional é muito importante. O analisador de espectro conectado à extremidade de passagem deseja apenas receber o sinal do DUT e não a senha da extremidade de acoplamento.
3, para amostragem e monitoramento de sinal
A medição e o monitoramento on-line do transmissor podem ser uma das aplicações mais amplamente utilizadas de acopladores direcionais. A figura a seguir mostra uma aplicação típica de acopladores direcionais para medição em estações base de celular. Suponha que a potência de saída do transmissor seja de 43 dBm (20 W), o acoplamento do acoplador direcional. A capacidade é de 30 dB, a perda de inserção (perda de linha mais perda de acoplamento) é de 0,15 dB. A extremidade do acoplamento tem um sinal de 13 dBm (20 mW) enviado ao testador da estação base, a saída direta do acoplador direcional é de 42,85 dBm (19,3 W) e a fuga é. A potência no lado isolado é absorvida por uma carga.
O acoplador direcional é usado para medição da estação base.
Quase todos os transmissores utilizam este método para amostragem e monitoramento online, e talvez somente este método possa garantir o teste de desempenho do transmissor em condições normais de operação. No entanto, deve-se observar que o teste do transmissor é o mesmo, e diferentes testadores têm preocupações diferentes. Tomando como exemplo as estações base WCDMA, os operadores devem prestar atenção aos indicadores em sua banda de frequência de trabalho (2110~2170 MHz), como qualidade do sinal, potência no canal, potência do canal adjacente, etc. Sob esta premissa, os fabricantes instalarão um acoplador direcional de banda estreita (como 2110~2170 MHz) na extremidade de saída da estação base para monitorar as condições de trabalho na banda do transmissor e enviá-las ao centro de controle a qualquer momento.
Se for o regulador do espectro de radiofrequência - a estação de monitoramento de rádio para testar os indicadores da estação base suave, seu foco é completamente diferente. De acordo com os requisitos da especificação de gerenciamento de rádio, a faixa de frequência de teste é estendida para 9 kHz ~ 12,75 GHz, e a estação base testada é tão ampla. Quanta radiação espúria será gerada na banda de frequência e interferirá na operação regular de outras estações base? Uma preocupação das estações de monitoramento de rádio. Neste momento, um acoplador direcional com a mesma largura de banda é necessário para amostragem de sinal, mas um acoplador direcional que possa cobrir 9 kHz ~ 12,75 GHz parece não existir. Sabemos que o comprimento do braço de acoplamento de um acoplador direcional está relacionado à sua frequência central. A largura de banda de um acoplador direcional de banda ultralarga pode atingir bandas de 5 a 6 oitavas, como 0,5 a 18 GHz, mas a banda de frequência abaixo de 500 MHz não pode ser coberta.
4, medição de potência online
Na tecnologia de medição de potência do tipo passante, o acoplador direcional é um dispositivo muito crítico. A figura a seguir mostra o diagrama esquemático de um sistema típico de medição de alta potência do tipo passante. A potência direta do amplificador em teste é amostrada pela extremidade de acoplamento direto (terminal 3) do acoplador direcional e enviada ao medidor de potência. A potência refletida é amostrada pelo terminal de acoplamento reverso (terminal 4) e enviada ao medidor de potência.
Um acoplador direcional é usado para medição de alta potência.
Observação: além de receber a potência refletida da carga, o terminal de acoplamento reverso (terminal 4) também recebe potência de fuga da direção direta (terminal 1), que é causada pela diretividade do acoplador direcional. A energia refletida é o que o testador espera medir, e a potência de fuga é a principal fonte de erros na medição da potência refletida. A potência refletida e a potência de fuga são sobrepostas na extremidade do acoplamento reverso (4 extremidades) e, em seguida, enviadas ao medidor de energia. Como os caminhos de transmissão dos dois sinais são diferentes, trata-se de uma superposição vetorial. Se a potência de fuga de entrada para o medidor de energia puder ser comparada com a potência refletida, isso produzirá um erro de medição significativo.
Obviamente, a potência refletida da carga (extremidade 2) também vazará para a extremidade do acoplamento frontal (extremidade 1, não mostrada na figura acima). Ainda assim, sua magnitude é mínima em comparação com a potência frontal, que mede a força frontal. O erro resultante pode ser ignorado.
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Horário da publicação: 20/04/2023