Acopladores direcionais são componentes padrão de micro-ondas/ondas milimétricas em medição de micro-ondas e outros sistemas de micro-ondas.Eles podem ser usados para isolamento, separação e mistura de sinal, como monitoramento de energia, estabilização de potência de saída de fonte, isolamento de fonte de sinal, teste de varredura de frequência de transmissão e reflexão, etc. em refletômetros modernos de frequência varrida.Normalmente, existem vários tipos, como guia de ondas, linha coaxial, stripline e microstrip.
A Figura 1 é um diagrama esquemático da estrutura.Inclui principalmente duas partes, a linha principal e a linha auxiliar, que são acopladas entre si através de vários formatos de pequenos orifícios, fendas e lacunas.Portanto, parte da entrada de energia do “1″ na extremidade da linha principal será acoplada à linha secundária.Devido à interferência ou superposição de ondas, a energia será transmitida apenas ao longo da linha secundária - uma direção (chamada “direta”) e a outra Quase não há transmissão de energia em uma ordem (chamada “reversa”)
A Figura 2 é um acoplador direcional cruzado, 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 3dB (comumente conhecido como ponte de 3dB) é geralmente usado em um sistema de síntese de frequência de múltiplas portadoras, conforme mostrado na figura abaixo.Este tipo de circuito é comum em sistemas distribuídos internos.Depois que os sinais f1 e f2 de dois amplificadores de potência passam por um acoplador direcional de 3dB, a saída de cada canal contém dois componentes de frequência f1 e f2, e 3dB reduz a amplitude de cada componente de frequência.Se um dos terminais de saída estiver conectado a uma carga absorvente, a outra saída pode ser usada como fonte de energia do sistema de medição de intermodulação passiva.Se precisar melhorar ainda mais o isolamento, você pode adicionar alguns componentes, como filtros e isoladores.O isolamento de uma ponte de 3dB bem projetada pode ser superior a 33dB.
O acoplador direcional é usado no sistema de combinação de potência um.
A área de ravina direcional como outra aplicação de combinação de energia é mostrada na figura (a) abaixo.Neste circuito, a diretividade do acoplador direcional foi aplicada de forma inteligente.Supondo que os graus de acoplamento dos dois acopladores sejam ambos de 10dB e a diretividade seja de 25dB, o isolamento entre as extremidades f1 e f2 é de 45dB.Se as entradas de f1 e f2 forem ambas de 0dBm, a saída combinada será ambas de -10dBm.Comparado com o acoplador Wilkinson na figura (b) abaixo (seu valor de isolamento típico é 20dB), o mesmo sinal de entrada de OdBm, após a síntese, é -3dBm (sem considerar a perda de inserção).Comparado com a condição entre amostras, aumentamos o sinal de entrada na figura (a) em 7dB para que sua saída seja consistente com a figura (b).Neste momento, o isolamento entre f1 e f2 na figura (a) “diminui” “É 38 dB.O resultado final da comparação é que o método de síntese de potência do acoplador direcional é 18dB maior que o acoplador Wilkinson.Este esquema é adequado para 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 com frequência.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.Em seguida, um testador integrado conectado a eles através do acoplador direcional pode testar a resistência do receptor - desempenho de mil interferências.Se o DUT for um telefone celular, o transmissor do telefone pode ser ligado por um testador abrangente conectado à extremidade do acoplador direcional.Em seguida, um analisador de espectro pode ser usado para medir a saída espúria do telefone da cena.Claro, 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 anti-interferência do receptor ou altura falsa do telefone celular.
Neste circuito de teste, a diretividade do acoplador direcional é muito importante.O analisador de espectro conectado à extremidade direta deseja receber apenas o sinal do DUT e não deseja receber a senha da extremidade do acoplamento.
3, para amostragem e monitoramento de sinal
A medição e monitoramento on-line do transmissor pode ser uma das aplicações mais amplamente utilizadas de acopladores direcionais.A figura a seguir é uma aplicação típica de acopladores direcionais para medição de estação base celular.Suponha que a potência de saída do transmissor seja 43dBm (20W), o acoplamento do acoplador direcional.A capacidade é de 30dB, a perda de inserção (perda de linha mais perda de acoplamento) é de 0,15dB.A extremidade do acoplamento tem sinal de 13dBm (20mW) enviado ao testador da estação base, a saída direta do acoplador direcional é de 42,85dBm (19,3W) e o vazamento é A energia no lado isolado é absorvida por uma carga.
O acoplador direcional é usado para medição da estação base.
Quase todos os transmissores usam este método para amostragem e monitoramento on-line, e talvez somente este método possa garantir o teste de desempenho do transmissor em condições normais de trabalho.Mas deve-se notar que o teste do transmissor é o mesmo, e testadores diferentes têm preocupações diferentes.Tomando como exemplo as estações base WCDMA, as operadoras devem prestar atenção aos indicadores em sua faixa de frequência de trabalho (2110~2170MHz), como qualidade do sinal, potência no canal, potência do canal adjacente, etc. a extremidade de saída da estação base Um acoplador direcional de banda estreita (como 2110 ~ 2170 MHz) para monitorar as condições de trabalho na banda do transmissor e enviá-lo para o centro de controle a qualquer momento.
Se for o regulador do espectro de radiofrequência - a estação de monitoramento de rádio para testar os indicadores suaves da estação base, seu foco é totalmente diferente.De acordo com os requisitos de especificação de gerenciamento de rádio, a faixa de frequência de teste é estendida para 9kHz ~ 12,75GHz, e a estação base testada é muito 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 parece não existir um acoplador direcional que possa cobrir 9kHz ~ 12,75GHz.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 on-line
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 de passagem.A potência direta do amplificador em teste é amostrada pela extremidade do 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.
Observe: 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 vazamento são sobrepostas na extremidade do acoplamento reverso (4 extremidades) e depois enviadas para o medidor de potência.Como os caminhos de transmissão dos dois sinais são diferentes, trata-se de uma superposição vetorial.Se a entrada de potência de vazamento para o medidor de potência puder ser comparada com a potência refletida, isso produzirá um erro de medição significativo.
É claro que a potência refletida da carga (extremidade 2) também vazará para a extremidade do acoplamento dianteiro (extremidade 1, não mostrada na figura acima).Ainda assim, a sua magnitude é mínima em comparação com a potência avançada, que mede a força avançada.O erro resultante pode ser ignorado.
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Horário da postagem: 20 de abril de 2023