방향성 커플러:작동 및 응용

우르바시 센갈
응용 엔지니어,미니 회로

방향성 커플러는 신호 처리 장치의 중요한 유형입니다. 다양한 어플리케이션에 대한 분석,측정 및 처리를 지원하는 신호 포트와 샘플링된 포트 사이의 높은 절연을 통해 미리 결정된 정도의 커플링으로 무선주파수 신호를 샘플링하는 것이 기본 기능입니다. 그들은 수동 장치이기 때문에,그들은 또한 장치의 방향성 및 커플 링의 정도에 따라 메인 경로에 주입 된 신호와 역방향으로 작동합니다. 방향 커플러의 구성에 몇 가지 변화가 있습니다,우리는 아래를 참조한다.

이상적으로,커플러는 무손실,일치 및 역수입니다. 3 포트 및 4 포트 네트워크의 기본 속성은 절연,커플 링 및 지향성이며,이 값은 커플러를 특성화하는 데 사용됩니다. 이상적인 커플러는 의도 된 응용 분야에 대해 선택된 커플 링 인자와 함께 무한 지향성 및 절연성을 갖습니다.

도 1 의 기능도. 도 1 은 방향성 커플러의 작동을 나타낸 후 관련 성능 파라미터에 대한 설명을 나타낸다. 상단 다이어그램은 결합(정방향)및 절연(역방향 또는 반사)포트를 모두 포함하는 4 포트 커플러입니다. 아래 다이어그램은 격리 된 포트를 제거하는 3 포트 구조입니다. 이것은 단 하나 앞으로 결합된 산출만 필요로 하는 신청에서 사용됩니다. 3 포트 커플러는 역방향으로 연결할 수 있으며 이전에 결합 된 포트가 격리 된 포트가됩니다:

그림 1:기본 방향성 커플러 구성

성능 특성:

1. 커플링 계수:이는 커플링 포트로 전달되는 입력 전력의 분율을 나타냅니다.: 이것은 커플러가 정방향 및 역방향으로 전파되는 파동을 분리할 수 있는 능력의 척도이다.
2. 절연:커플링되지 않은 부하(4)로 전달되는 전력을 나타냅니다.
3. 삽입 손실:이것은 커플링된 포트 및 절연된 포트로 전달되는 전력에 의해 감소되는 전송된 포트(2)로 전달되는 입력 전력(1)을 설명합니다.

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이 유형의 커플러에는 그림 1 과 같이 3 개의 액세스 가능한 포트가 있습니다. 제 4 항구가 최대 지향성을 제공하기 위하여 내부에 종결되는 곳에,2. 방향성 커플러의 기본 기능은 절연(역방향)신호를 샘플링하는 것입니다. 일반적인 응용 분야는 반사 전력 측정(또는 간접적으로)입니다. 그것은 반전에서 연결될 수 있더라도,연결기의 이 유형은 상호 이지 않습니다. 결합 된 포트 중 하나가 내부적으로 종료되기 때문에 하나의 결합 된 신호 만 사용할 수 있습니다. 정방향(그림과 같이)에서,결합 포트는 역파를 샘플링하지만,역방향(오른쪽의 무선 주파수 입력)으로 연결되면,결합 포트는 결합 인자에 의해 감소된 정방향 파의 샘플이 될 것이다. 이 연결을 통해 장치는 신호 측정을위한 샘플러로 사용하거나 출력 신호의 일부를 피드백 회로로 전달할 수 있습니다.

그림 2:50 옴 방향 커플러

양방향 커플러:

이 커플러 유형에는 고객이 사용할 수있는 4 개의 포트가 있습니다. 대칭 설계로 정방향 및 역방향 신호를 동시에 샘플링 할 수 있습니다. 결합된 두 포트를 적절히 일치시키거나 종료하는 것은 디자이너의 책임입니다.

그림 4: 양지향성 연결기 개략도

그림 5:미니 회로의 성능 곡선

이중 방향 커플러:

이 세 번째 유형의 커플러는 메인 라인이 캐스케이드 된 2 개의 3 포트 커플러와 커플러 사이의 인터페이스에서 서로 마주 보는 내부 종단 포트의 조합입니다. 이 윤곽은 결합된 항구의 독립적인 사용을 양지향성 연결기 활동을,그러나 제공합니다. 가장 큰 장점은 두 포트에 적용된 일치하지 않는 로드가 다른 포트에 영향을 미치지 않는다는 것입니다.

그림 6:이중 방향 커플러 회로도

그림 7:미니 회로의 성능 곡선-50-13+ 이중 지향성 커플러

방향성 커플러 응용

도 1 에 도시된 바와 같이 연결되었을 때. 도 2 에 도시 된 바와 같이,커플러는 결합 된 포트에서 반사파의 샘플을 제공한다. 이를 통해 부하의 불일치 정도를 나타내는 반사 전력을 측정 할 수 있습니다. 송신기 출력에 배치될 때,이 구성은 측정 및 모니터링을 위해 안테나 시스템의 무선 신호를 모니터링할 수 있습니다. 많은 무선주파수 시스템에는 최소 무선주파수에 대한 조정이 포함되며,다른 시스템에는 회로 보호를 위한 과도한 무선주파수 감지가 포함됩니다.

그림 8:간단한 반사계 설정에서 3 포트 방향 커플러의 개략도.

순방향 샘플링

역으로 연결될 때,결합 포트는 결합 인자에 의해 감쇠되는 출력(순방향 신호)의 샘플을 제공한다. 이 샘플은 파형 모니터링,스펙트럼 분석 및 기타 테스트 및 측정 기능에 사용할 수 있습니다.

수평 발생기

샘플은 또한 피드백 회로를 구동하는데 사용될 수 있다. 이 유형의 중요한 응용 분야 중 하나는 신호 발생기의 진폭을 평준화하여 테스트 시스템에 일정한 신호 소스를 제공하는 것입니다.

그림 9: 수평 발전기 설정에서 3 포트 방향 커플러의 개략도.

수신기 상호 변조 테스트 설정

2 톤 테스트를 위한 테스트 신호는 방향성 커플러 또는 전력 결합기에 결합될 수 있다. 두 방법 모두 신호 소스 사이에 필요한 격리를 제공합니다.

그림 10:수신기 상호 변조 테스트 설정에서 3 포트 방향 커플러의 개략도.

양방향 커플러 응용

반사전력 또는 반사전력이 중요하지만,순방향 신호와 반사 신호를 동시에 샘플링하는 것이 더 유용할 수 있다. 이 기능은 출력 전력(앞으로)와 반영한 힘(반전)의 감시 또는 측정을 허용하는 양지향성 연결기에 의해 제공됩니다. 내장 테스트(비트)시스템,생산 테스트 및 일상적인 운영 모니터링은 모두 양방향 커플링의 이점을 누릴 수 있습니다.

반사계

순방향 전력 및 반사 전력 측정을 제공하는 회로 소자입니다. 이것은 무선주파수 실험실 및 생산 테스트 환경에서 공통적이고 매우 유용한 테스트 기능입니다. 반사계는 독립형 전력/무선 주파수 측정 기기의 샘플링 부분일 수도 있고,또는 테스트 시스템,통신 장비,또는 다른 무선 주파수 시스템(예:자기 공명 영상 또는 무선 주파수 가열)내의 컴포넌트로서 구현될 수도 있다.

이중 지향성 커플러 응용

상기와 같이,및 도 1 에서. 4 개는 양지향성 연결기로,그러나 분리되는 앞으로 및 반전 연결 경로를 가진,이중 방향 연결기 작동합니다. 이렇게 하면 한 경로의 불일치가 다른 경로에 미치는 영향을 제거하는 격리가 제공됩니다.

반사계(양지향성 보다는 더 정확한 결과)

비스무트 및 이중 방향 연결기의 전형적인 사용은 반사계입니다. 듀얼 커플러를 사용하여 구현하면 특히 하나의 결합 포트 또는 다른 포트가 상당한 불일치를 가질 수있는 조건에서 정확도가 향상됩니다.

요약

지향성 커플러는 무선주파수 시스템에서 중요한 장치입니다. 신호 전파의 정방향 또는 역방향으로 샘플링하는 기능은 테스트,측정,모니터링,피드백 및 제어 분야에서 광범위한 응용 분야를 가능하게합니다. 이 메모는 시스템 설계자가 커플러의 기능,아키텍처 및 성능을 이해하고 특정 응용 분야에 적합한 유형을 선택하는 데 도움이됩니다.

미니 회로 카탈로그의 수백에서 응용 프로그램에 적합한 방향,양방향 또는 이중 방향 커플러를 찾으십시오.