Urvashi Sengal
applikationsingeniør, Mini-kredsløb
Retningskoblinger er en vigtig type signalbehandlingsenhed. Deres grundlæggende funktion er at prøve RF — signaler i en forudbestemt grad af kobling med høj isolering mellem signalportene og de samplede porte-hvilket understøtter analyse, måling og behandling til mange applikationer. Da de er passive enheder, fungerer de også i omvendt retning, med signaler injiceret i hovedvejen i henhold til enhedernes retningsbestemmelse og koblingsgrad. Der er et par variationer i konfigurationen af retningskoblinger, som vi skal se nedenfor.
ideelt set ville en kobler være tabsfri, matchet og gensidig. De grundlæggende egenskaber ved tre-og fire-portnetværk er isolering, kobling og direktivitet, hvis værdier bruges til at karakterisere koblingerne. En ideel kobling har uendelig direktivitet og isolering sammen med en koblingsfaktor valgt til den tilsigtede anvendelse.
funktionsdiagrammet i Fig. 1 illustrerer driften af en retningskobling efterfulgt af en beskrivelse af de relaterede ydelsesparametre. Det øverste diagram er en 4-portskobling, som omfatter både koblede (fremad) og isolerede (omvendte eller reflekterede) porte. Det nederste diagram er en 3-port struktur, som eliminerer den isolerede port. Dette bruges i applikationer, der kun har brug for en enkelt fremadkoblet output. 3-portskobleren kan tilsluttes i omvendt retning, hvor den port, der tidligere var koblet, bliver den isolerede port:
Figur 1: Grundlæggende retningskoblingskonfigurationer
ydeevneegenskaber:
- Koblingsfaktor: dette angiver den brøkdel af indgangseffekten (ved P1), der leveres til den koblede port, P3
- direktivitet: Dette er et mål for koblingens evne til at adskille bølger, der formerer sig i frem og tilbage retning, som observeret ved de koblede (P3) og isolerede (P4) porte
- isolering: angiver den effekt, der leveres til den frakoblede belastning (P4)
- Indsætningstab: dette tegner sig for indgangseffekten (P1) leveret til den transmitterede (P2) port, som reduceres med strøm leveret til de koblede og isolerede porte.
værdierne af disse egenskaber i dB er:
kobling = C = 10 log (P1/P3)
direktivitet = D = 10 log (P3/P4)
Isolation = I = 10 log (P1/P4)
Indsætningstab = L = 10 log (P1/P2)
Retningskoblinger:
denne type kobler har tre tilgængelige porte, som vist i fig. 2, hvor den fjerde havn internt afsluttes for at give maksimal direktivitet. Den grundlæggende funktion af en retningskobling er at prøve det isolerede (omvendte) signal. En typisk anvendelse er måling af reflekteret effekt (eller indirekte VVR). Selvom det kan tilsluttes omvendt, er denne type kobler ikke gensidig. Da en af de koblede porte er internt afsluttet, er der kun et koblet signal tilgængeligt. I fremadgående retning (som vist) prøver den koblede port den omvendte bølge, men hvis den er forbundet i omvendt retning (RF-indgang til højre), ville den koblede port være en prøve af den forreste bølge, reduceret med koblingsfaktoren. Med denne forbindelse kan enheden bruges som en sampler til signalmåling eller til at levere en del af udgangssignalet til feedbackkredsløb.
figur 2: 50-Ohm retningsbestemt kobling
fordele:
- ydeevne kan optimeres til den fremadrettede sti
- høj direktivitet og isolering
- direktiviteten af en kobler påvirkes stærkt af impedansmatchen, der leveres af opsigelsen ved den isolerede port. Indretning af denne opsigelse internt sikrer høj ydeevne
ulemper:
- kobling er kun tilgængelig på den forreste sti
- ingen koblet linje
- den koblede porteffekt er mindre end indgangsporten, fordi den strøm, der påføres den koblede port, næsten helt spredes i den interne afslutning.
eksempel:
Mini-kredsløb SCDC20-E18653 + er en koaksial retningskobling med 20 dB nominel kobling på tværs af frekvensområdet 18 Til 65 GH. Denne model giver RF input effekt håndtering op til 12v og passerer DC strøm op til 0.48A
figur 3: Ydelseskurver for minikredsløb SCDC20-E18653+
Tovejskoblinger:
denne koblingstype har fire porte, som alle er tilgængelige for kunden at bruge. Det har et symmetrisk design, der gør det muligt at samples frem og tilbage signaler samtidigt. Det er designerens ansvar at matche eller afslutte begge koblede porte korrekt.
figur 4: Tovejskobling skematisk
fordele:
- symmetrisk design
- Input og output porte er udskiftelige
- der er to transmissionslinjer. Koblet linje fungerer på samme måde som hovedlinjen
- den har frem-og bagkobling
ulemper:
- Design er afgørende for at opretholde god ydeevne i begge retninger.
- koblingens direktivitet afhænger af, hvor godt den isolerede port afsluttes.
eksempel:
minikredsløb ‘ GBDC35-93hp+ er en koaksial tovejskobling med 35 dB nominel kobling på tværs af frekvensområdet 900 til 9000 MHG. Denne model giver 250V RF input effekthåndtering og passerer DC strøm op til 3A
figur 5: ydelseskurver for minikredsløb GBDC-93hp+ tovejskobling.
Dobbelt Retningskoblinger:
denne tredje type kobler er en kombination af to 3-portskoblinger med deres hovedlinjer kaskaderet, og deres internt terminerede porte vender mod hinanden ved grænsefladen mellem koblingerne. Denne konfiguration giver tovejskoblingshandling, men med uafhængig brug af de koblede porte. Den primære fordel er, at en uoverensstemmende belastning, der påføres begge porte, ikke påvirker den anden.
figur 6: skematisk dobbelt retningskobling
fordele:
- ydeevne kan optimeres til både fremadrettede og omvendte stier
- højere direktivitet og isolering kan opnås
- giver frem-og bagkobling
- direktivitet for en sti påvirkes ikke af mismatch, der findes på den anden sti
- kan også bruges til samtidig at overvåge både fremad-og omvendt effekt af et system
ulemper:
- involverer normalt to back-to-back retningskoblinger
- større størrelse sammenlignet med retnings-og tovejskoblinger
- ingen koblet linje er til stede (ikke tilgængelig i begge ender)
- højere indsætningstab end den enkelte retnings-og tovejskobling
eksempel
Mini-kredsløb DDCH-50-13+ er en stripline-baseret overflademonteret dobbeltretningskobling med et nominelt koblingsforhold på 50 dB på tværs af frekvensområdet 20 til 1000 MHG. Denne model giver op til 120V RF input effekthåndtering og DC strøm passerer op til 4A.
Figur 7: Ydelseskurver for Mini-kredsløb DDCH-50-13+ dobbelt retningskobling
Retningskoblingsapplikationer
ved tilslutning som vist i Fig. 2 tilvejebringer kobleren en prøve af den reflekterede bølge ved den koblede port. Dette tillader måling af reflekteret effekt, der repræsenterer graden af mismatch af belastningen. Når den placeres ved senderudgangen, kan denne konfiguration overvåge antennesystemets VVR, både til måling og overvågning. Mange RF-systemer inkluderer justeringer for minimum VVR, mens andre inkluderer påvisning af overdreven VVR til kredsløbsbeskyttelse, normalt ved enten at reducere strømmen eller lukke ned.
figur 8: skematisk af en 3-port retningskobling i en simpel reflektometeropsætning.
Fremadprøveudtagning
når den koblede port er tilsluttet i omvendt retning, tilvejebringer den koblede port en prøve af output (fremadgående signal), svækket af koblingsfaktoren. Denne prøve kan bruges til overvågning af bølgeform, spektrumanalyse og andre test-og målefunktioner.
nivelleret generator
prøven kan også bruges til at drive feedback kredsløb. En vigtig anvendelse af denne type er udjævning af amplituden af en signalgenerator, hvilket giver en konstant signalkilde til et testsystem.
figur 9: Skematisk af en 3-port retningskobling i en nivelleret generatoropsætning.
opsætning af Intermodulationsprøvning af modtager
testsignalerne til 2-tonetest kan kombineres i enten en retningskobling eller en effektkombinator. Begge metoder giver den nødvendige isolering mellem signalkilderne.
Figur 10: skematisk af en 3-port retningskobling i en receiver intermodulation test setup.
Tovejskoblingsapplikationer
selvom reflekteret effekt eller VVR er vigtig, kan det være mere nyttigt at prøve både fremadrettede og reflekterede signaler samtidigt. Denne funktion leveres af en tovejskobler, som muliggør overvågning eller måling af udgangseffekt (fremad) og reflekteret effekt (omvendt). Indbyggede testsystemer (BIT), produktionstest og rutinemæssig operationel overvågning drager alle fordel af tovejskobling.
Reflektometer
dette er et kredsløbselement, der giver måling af fremadrettet effekt og reflekteret effekt (typisk kalibreret som VVR). Dette er en almindelig og meget nyttig testfunktion i RF-laboratorie-og produktionstestmiljøer. Et reflektometer kan enten være prøveudtagningsdelen af et enkeltstående måleinstrument, eller det kan implementeres som en komponent i et testsystem, kommunikationsudstyr eller andet RF-system (f.eks.MR eller RF-opvarmning).
Dobbelt retningsbestemt Koblingsapplikationer
som nævnt ovenfor og i Fig. 4 fungerer den dobbelte retningskobling som en tovejskobling, men med separate frem-og bagudgående koblingsstier. Dette giver isolering, der eliminerer virkningerne af mismatch af en sti på den anden vej.
Reflektometer (mere nøjagtige resultater end tovejs)
den typiske anvendelse af to-og dobbeltretningskoblinger er reflektometeret. Når den implementeres ved hjælp af en dobbeltkobling, forbedres nøjagtigheden, især under forhold, hvor den ene koblede port eller den anden kan have betydelig uoverensstemmelse.
Resume
Retningskoblinger er vigtige enheder i RF-systemer. Deres evne til at prøve enten fremad eller omvendt retning af signaludbredelse tillader en bred vifte af applikationer inden for test, måling, overvågning, feedback og kontrol. Denne note skal hjælpe systemdesignere med at forstå koblingens funktion, arkitektur og ydeevne for at vælge en passende type til deres særlige anvendelse.
Find den rigtige retningsbestemt, tovejs eller dobbelt retningsbestemt kobling til din ansøgning fra hundredvis i mini-kredsløb katalog.