Urvashi Sengal
aplikační inženýr, Mini-obvody
směrové spojky jsou důležitým typem zařízení pro zpracování signálu. Jejich základní funkcí je vzorkovat RF signály v předem stanoveném stupni vazby, s vysokou izolací mezi signálními porty a vzorkovanými porty-což podporuje analýzu — měření a zpracování pro mnoho aplikací. Protože se jedná o pasivní zařízení, pracují také v opačném směru, se signály vstřikovanými do hlavní dráhy podle směrovosti zařízení a stupně spojení. Existuje několik variací v konfiguraci směrových spojek, jak uvidíme níže.
v ideálním případě by spojka byla bezeztrátová, uzavřená a reciproční. Základní vlastnosti tří a čtyřportových sítí jsou izolace, vazba a směrovost, jejichž hodnoty se používají k charakterizaci vazeb. Ideální spojka má nekonečnou směrovost a izolaci spolu se spojovacím faktorem vybraným pro zamýšlenou aplikaci.
funkční diagram na obr. 1 znázorňuje činnost směrového spojovacího zařízení, po němž následuje popis souvisejících výkonových parametrů. Horní schéma je 4portová spojka, která zahrnuje jak spojené (vpřed), tak izolované (reverzní nebo odražené) porty. Dolní diagram je 3portová struktura, která eliminuje izolovaný port. To se používá v aplikacích, které potřebují pouze jeden vpřed spojený výstup. 3-portová spojka může být připojena v opačném směru, kde port, který byl dříve spojen, se stává izolovaným portem:
Obrázek 1: Základní konfigurace směrových vazeb
výkonnostní charakteristiky:
- spojovací faktor: označuje zlomek vstupního výkonu (při P1), který je dodáván do spřaženého portu, P3
- směrovost: Toto je míra schopnosti spojky oddělit vlny šířící se dopředným a zpětným směrem, jak je pozorováno u spřažených (P3) a izolovaných (P4) portů
- izolace: označuje výkon dodávaný do odpojeného zatížení (P4)
- ztráta vložení: to představuje vstupní výkon (P1) dodávaný do přenášeného (P2) portu, který je snížen výkonem dodávaným do spřažených a izolovaných portů.
hodnoty těchto charakteristik v dB jsou:
Coupling = C = 10 log (P1/P3)
Directivity = D = 10 log (P3/P4)
Isolation = I = 10 log (P1/P4)
Insertion Loss = l = 10 log (P1/P2)
směrové spojky:
tento typ spojky má tři přístupné porty, jak je znázorněno na obr. 2, Kde je čtvrtý port interně ukončen pro zajištění maximální směrovosti. Základní funkcí směrového spojovacího zařízení je vzorkování izolovaného (zpětného) signálu. Typickou aplikací je měření odraženého výkonu (nebo nepřímo VSWR). Ačkoli to může být připojeno v opačném směru, tento typ spojky není reciproční. Protože jeden z propojených portů je interně ukončen, je k dispozici pouze jeden spojený signál. V dopředném směru (jak je znázorněno), spojený port vzorkuje reverzní vlnu, ale pokud je připojen v opačném směru (RF vstup vpravo), spojený port by byl vzorkem dopředné vlny, redukovaný spojovacím faktorem. Při tomto připojení může být zařízení použito jako vzorkovač pro měření signálu nebo pro dodání části výstupního signálu do zpětnovazebních obvodů.
Obrázek 2: 50-Ohm směrová spojka
výhody:
- výkon může být optimalizován pro dopřednou dráhu
- vysoká směrovost a izolace
- směrovost spojky je silně ovlivněna impedanční shodou poskytovanou ukončením na izolovaném portu. Vybavení tohoto ukončení interně zajišťuje vysoký výkon
nevýhody:
- spojka je k dispozici pouze na dopředné dráze
- žádné spřažené vedení
- jmenovitý výkon spřaženého portu je menší než vstupní port, protože výkon aplikovaný na spřažený port je téměř zcela rozptýlen ve vnitřním zakončení.
příklad:
Mini-obvody Zcdc20-E18653+ je koaxiální směrová spojka s 20 dB jmenovitou vazbou v kmitočtovém rozsahu 18 až 65 GHz. Tento model poskytuje RF vstupní výkon až 12W a prochází stejnosměrným proudem až 0.48 a
obrázek 3: křivky výkonu pro Mini-obvody “ Zcdc20-E18653+
obousměrné spojky:
tento typ spojky má čtyři porty, všechny přístupné pro zákazníka k použití. Má symetrický design, který umožňuje vzorkování dopředných a zpětných signálů současně. Je odpovědností projektanta správně sladit nebo ukončit oba připojené porty.
obrázek 4: Schéma obousměrné spojky
výhody:
- symetrický design
- vstupní a výstupní porty jsou zaměnitelné
- existují dvě přenosová vedení. Vázané vedení funguje stejně jako hlavní linie
- má spojku vpřed a vzad
nevýhody:
- Design je rozhodující pro udržení dobrého výkonu v obou směrech.
- směrovost spojky závisí na tom, jak dobře je izolovaný port ukončen.
příklad:
Mini-obvody ‚ Zgbdc35-93HP+ je koaxiální obousměrná spojka s jmenovitou vazbou 35 dB v kmitočtovém rozsahu 900 až 9000 MHz. Tento model poskytuje 250W RF vstupní výkon a prochází stejnosměrným proudem až do 3A
obrázek 5: výkonové křivky pro Mini-obvody Zgbdc-93HP+ obousměrná spojka.
Dvojité Směrové Spojky:
tento třetí typ spojky je kombinací dvou 3portových spojek s jejich hlavními linkami kaskádovými a jejich vnitřně zakončenými porty proti sobě na rozhraní mezi spojkami. Tato konfigurace poskytuje obousměrnou vazební činnost, ale s nezávislým použitím Spojených portů. Hlavní výhodou je, že neshodná zátěž aplikovaná na jeden port nebude mít vliv na druhý port.
obrázek 6: schéma dvousměrného spojovacího zařízení
výhody:
- výkon může být optimalizován pro vpřed i vzad
- vyšší směrovost a izolaci lze dosáhnout
- poskytuje dopřednou a zpětnou vazbu
- směrovost jedné cesty není ovlivněna nesouladem přítomným na druhé cestě
- lze také použít k současnému sledování dopředného i zpětného výkonu systému
nevýhody:
- obvykle zahrnuje dvě směrové spojky typu back-to-back
- větší velikost ve srovnání se směrovými a obousměrnými spojkami
- žádná vázaná linka není přítomna (není přístupná na obou koncích)
- vyšší ztráta vložení než jednosměrná a obousměrná spojka
příklad
Mini-obvody DDCH-50-13+ je Pásková dvousměrná spojka založená na povrchové montáži s jmenovitým poměrem 50 dB v kmitočtovém rozsahu 20 až 1000 MHz. Tento model poskytuje až 120W RF vstupní výkon a stejnosměrný proud procházející až 4A.
Obrázek 7: výkonové křivky pro Mini-obvody DDCH-50-13+ dvousměrná spojka
aplikace směrových vazeb
při připojení, jak je znázorněno na obr. 2, spojka poskytuje vzorek odražené vlny na spřaženém portu. To umožňuje měření odraženého výkonu, což představuje stupeň nesouladu zatížení. Při umístění na výstup vysílače může tato konfigurace sledovat VSWR anténního systému, a to jak pro měření, tak pro monitorování. Mnoho RF systémů zahrnuje úpravy pro minimální VSWR, zatímco jiné zahrnují detekci nadměrného VSWR pro ochranu obvodu, obvykle snížením výkonu nebo vypnutím.
Obrázek 8: Schéma 3-portové směrové spojky v jednoduchém nastavení reflektometru.
dopředný vzorkování
při připojení zpětně poskytuje spřažený port vzorek výstupu (dopředný signál), zeslabený spojovacím faktorem. Tento vzorek lze použít pro sledování průběhu, analýzu spektra a další testovací a měřicí funkce.
vyrovnaný generátor
vzorek může být také použit k pohonu zpětnovazebních obvodů. Jednou z důležitých aplikací tohoto typu je vyrovnání amplitudy generátoru signálu a zajištění konstantního zdroje signálu pro testovací systém.
obrázek 9: Schéma 3-portové směrové spojky v nastavení vyrovnaného generátoru.
nastavení Intermodulačního testu přijímače
zkušební signály pro 2-tónové testování mohou být kombinovány buď ve směrovém spojovacím zařízení nebo v kombinátoru výkonu. Obě metody zajistí nezbytnou izolaci mezi zdroji signálu.
obrázek 10: schéma 3portového směrového spojky v nastavení intermodulačního testu přijímače.
obousměrné vazební aplikace
ačkoli je odražený výkon nebo VSWR důležitý, může být užitečnější současně vzorkovat jak dopředné, tak odražené signály. Tuto funkci zajišťuje obousměrná spojka, která umožňuje sledování nebo měření výstupního výkonu (vpřed) a odraženého výkonu (vzad). Vestavěné testovací (bitové) systémy, testování výroby a rutinní provozní monitorování těží z obousměrné spojky.
Reflektometr
Jedná se o obvodový prvek, který zajišťuje měření dopředného výkonu a odraženého výkonu (typicky kalibrovaného jako VSWR). Jedná se o běžnou a velmi užitečnou testovací funkci v laboratorních a výrobních testovacích prostředích RF. Reflektometr může být buď vzorkovací částí samostatného měřicího přístroje power/VSWR, nebo může být implementován jako součást zkušebního systému, komunikačního zařízení nebo jiného RF systému(např. MRI nebo RF vytápění).
aplikace Dvousměrných vazeb
jak je uvedeno výše, a na obr. 4, dvojsměrná spojka působí jako obousměrná spojka, ale se samostatnými spojovacími drahami vpřed a vzad. To poskytuje izolaci, která eliminuje účinky nesouladu jedné cesty na druhou cestu.
Reflektometr (přesnější výsledky než obousměrný)
typickým použitím dvousměrných a dvousměrných spojek je reflektometr. Při implementaci pomocí duální spojky, přesnost se zlepší, zejména za podmínek, kdy jeden spojený port nebo druhý může mít významný nesoulad.
shrnutí
směrové spojky jsou důležitá zařízení v RF systémech. Jejich schopnost vzorkovat buď směr šíření signálu vpřed nebo vzad umožňuje širokou škálu aplikací při testování, měření, monitorování, zpětné vazbě a řízení. Tato poznámka by měla pomoci návrhářům systému porozumět funkci, architektuře a výkonu spojky a vybrat vhodný typ pro jejich konkrétní aplikaci.
Najděte ten správný směrový, obousměrný nebo dvojitý směrový spojovač pro vaši aplikaci ze stovek v katalogu Mini obvodů.