Urvashi Sengal
Applicazioni Ingegnere, Mini-Circuits
Accoppiatori direzionali sono un tipo importante di dispositivo di elaborazione del segnale. La loro funzione di base è quella di campionare i segnali RF a un grado predeterminato di accoppiamento, con un elevato isolamento tra le porte del segnale e le porte campionate — che supporta l’analisi, la misurazione e l’elaborazione per molte applicazioni. Poiché sono dispositivi passivi, operano anche nella direzione inversa, con segnali iniettati nel percorso principale in base alla direzionalità e al grado di accoppiamento dei dispositivi. Ci sono alcune variazioni nella configurazione degli accoppiatori direzionali, come vedremo di seguito.
Idealmente, un accoppiatore sarebbe senza perdita di dati, abbinato e reciproco. Le proprietà di base delle reti a tre e quattro porte sono isolamento, accoppiamento e direttività, i cui valori sono utilizzati per caratterizzare gli accoppiatori. Un accoppiatore ideale ha direttività e isolamento infiniti, insieme a un fattore di accoppiamento selezionato per l’applicazione prevista.
Il diagramma funzionale in Fig. 1 illustra il funzionamento di un accoppiatore direzionale, seguito da una descrizione dei relativi parametri di prestazione. Il diagramma superiore è un accoppiatore a 4 porte, che include entrambe le porte accoppiate (avanti) e isolate (indietro o riflesse). Il diagramma inferiore è una struttura a 3 porte, che elimina la porta isolata. Questo viene utilizzato in applicazioni che necessitano solo di una singola uscita accoppiata in avanti. 3-porta accoppiatore può essere collegato in senso inverso, in cui la porta è stato precedentemente accoppiato diventa isolato porta:
Figura 1: di Base accoppiatore direzionale configurazioni
caratteristiche di Prestazioni:
- il Fattore di Accoppiamento: Questo indica la frazione della potenza di ingresso (in P1) che viene consegnato al accoppiato porta, P3
- Direttività: Questa è una misura di accoppiatore capacità di separare onde che si propagano in direzioni avanti e indietro, come è stato osservato al accoppiato (P3) e isolato (P4) porte
- Isolamento: Indica la potenza erogata disgiunti carico (P4)
- Perdita di Inserzione: Questo account per la potenza in ingresso (P1) consegnato alla trasmissione (P2) porta, la quale è ridotta la potenza erogata accoppiato e isolato porte.
I valori di queste caratteristiche in dB sono:
Accoppiamento = C = 10 log (P1/P3)
Direttività = D = 10 log (P3/P4)
Isolamento = I = 10 log (P1/P4)
Perdita di Inserzione = L = 10 log (P1/P2)
Accoppiatori Direzionali:
Questo tipo di accoppiatore ha tre porte, come mostrato in Fig. 2, dove la quarta porta è terminata internamente per fornire la massima direttività. La funzione di base di un accoppiatore direzionale è quella di campionare il segnale isolato (inverso). Un’applicazione tipica è la misurazione della potenza riflessa (o indirettamente, VSWR). Sebbene possa essere collegato al contrario, questo tipo di accoppiatore non è reciproco. Poiché una delle porte accoppiate è terminata internamente, è disponibile un solo segnale accoppiato. Nella direzione in avanti (come mostrato), la porta accoppiata campiona l’onda inversa, ma se collegata nella direzione inversa (ingresso RF a destra), la porta accoppiata sarebbe un campione dell’onda in avanti, ridotta dal fattore di accoppiamento. Con questa connessione, il dispositivo può essere utilizzato come campionatore per la misurazione del segnale o per fornire una parte del segnale di uscita ai circuiti di retroazione.
Figura 2: 50 Ohm Accoppiatore Direzionale
Vantaggi:
- le Prestazioni possono essere ottimizzati per il percorso di andata
- Alta direttività e l’isolamento
- La direttività di un accoppiatore è fortemente influenzata dall’adattamento di impedenza forniti dall’interruzione non isolata porta. Arredamenti che terminano internamente garantiscono elevate prestazioni
Svantaggi:
- L’accoppiamento è disponibile solo sul percorso in avanti
- Nessuna linea accoppiata
- La potenza nominale della porta accoppiata è inferiore alla porta di ingresso perché la potenza applicata alla porta accoppiata è quasi interamente dissipata nella terminazione interna.
Esempio:
Mini-Circuits ZCDC20-E18653+ è un accoppiatore direzionale coassiale con accoppiamento nominale di 20 dB nella gamma di frequenza da 18 a 65 GHz. Questo modello fornisce la gestione della potenza di ingresso RF fino a 12W e passa la corrente continua fino a 0.48 BIS
Figura 3: curve di Prestazione per i Mini-Circuiti ZCDC20-E18653+
Bi-accoppiatori direzionali:
Questo accoppiatore tipo ha quattro porte, tutte accessibili per il cliente di utilizzare. Ha una progettazione simmetrica, permettendo che i segnali in avanti ed inversi siano campionati simultaneamente. È responsabilità del progettista abbinare o terminare correttamente entrambe le porte accoppiate.
Figura 4: Bi-direzionale accoppiatore schematico
Vantaggi:
- Disegno simmetrico
- Porte di ingresso e di uscita sono intercambiabili
- Ci sono due linee di trasmissione. La linea accoppiata funziona come la linea principale
- Ha accoppiamento in avanti e indietro
Svantaggi:
- Il design è fondamentale per mantenere buone prestazioni in entrambe le direzioni.
- La direttività dell’accoppiatore dipende da quanto bene viene terminata la porta isolata.
Esempio:
ZGBDC35-93HP + di Mini-Circuits è un accoppiatore bidirezionale coassiale con accoppiamento nominale di 35 dB nell’intervallo di frequenza da 900 a 9000 MHz. Questo modello fornisce 250W di potenza ingresso RF gestione e passa la corrente di CC fino a 3A
Figura 5: curve di Prestazione per i Mini-Circuiti ZGBDC-93HP+ bi-accoppiatore direzionale.
Accoppiatori a doppia direzione:
Questo terzo tipo di accoppiatore è una combinazione di due accoppiatori a 3 porte con le loro linee principali in cascata e le loro porte terminate internamente l’una di fronte all’altra all’interfaccia tra gli accoppiatori. Questa configurazione fornisce l’azione bi-direzionale dell’accoppiatore, ma con uso indipendente delle porte accoppiate. Il vantaggio principale è che un carico non corrispondente applicato a entrambe le porte non influirà sull’altra.
Figura 6: Schema doppio accoppiatore direzionale
Vantaggi:
- è possibile ottimizzare le Prestazioni sia per il forward e reverse percorsi
- Maggiore direttività e l’isolamento può essere realizzato
- Fornisce forward e reverse accoppiamento
- Direttività di un percorso non è influenzato dalla mancata corrispondenza presente sull’altro percorso
- Può essere utilizzato anche per monitorare contemporaneamente sia la marcia avanti e retromarcia potenza di un sistema
Svantaggi:
- di Solito comporta due back-to-back accoppiatori direzionali
- dimensioni più Grandi rispetto a e direzionale bi-direzionale accoppiatori
- No accoppiato riga è presente (non accessibile ad entrambe le estremità)
- Maggiore perdita di inserzione di singoli e direzionale bi-direzionale accoppiatore
Esempio
Mini-Circuiti DDCH-50-13+ è una stripline di superficie a base di montaggio a doppio accoppiatore direzionale con un 50 dB nominale rapporto di accoppiamento tra 20 e 1000 MHz gamma di frequenza. Questo modello fornisce fino a 120W ingresso RF gestione della potenza e corrente DC di passaggio fino a 4A.
Figura 7: curve di Prestazione per i Mini-Circuiti DDCH-50-13+ doppio accoppiatore direzionale
Accoppiatore Direzionale Applicazioni
Quando è collegato come mostrato in Fig. 2, l’accoppiatore fornisce un campione dell’onda riflessa alla porta accoppiata. Ciò consente di misurare la potenza riflessa, rappresentando il grado di disallineamento del carico. Quando posizionato all’uscita del trasmettitore, questa configurazione può monitorare il VSWR del sistema di antenna, sia per la misurazione che per il monitoraggio. Molti sistemi RF includono regolazioni per VSWR minimo, mentre altri includono il rilevamento di VSWR eccessivo per la protezione del circuito, di solito riducendo la potenza o spegnendo.
Figura 8: Schema di un accoppiatore direzionale a 3 porte in una semplice configurazione del riflettometro.
Campionamento in avanti
Quando collegato in senso inverso, la porta accoppiata fornisce un campione dell’uscita (segnale in avanti), attenuato dal fattore di accoppiamento. Questo campione può essere utilizzato per il monitoraggio della forma d’onda, l’analisi dello spettro e altre funzioni di test e misurazione.
Generatore livellato
Il campione può anche essere utilizzato per pilotare circuiti di feedback. Un’importante applicazione di questo tipo è livellare l’ampiezza di un generatore di segnale, fornendo una sorgente di segnale costante per un sistema di test.
Figura 9: Schema di un accoppiatore direzionale a 3 porte in una configurazione del generatore livellato.
Configurazione del test di intermodulazione del ricevitore
I segnali di prova per il test a 2 toni possono essere combinati in un accoppiatore direzionale o in un combinatore di potenza. Entrambi i metodi forniranno il necessario isolamento tra le sorgenti del segnale.
Figura 10: Schema di un accoppiatore direzionale a 3 porte in una configurazione di test di intermodulazione del ricevitore.
Applicazioni dell’accoppiatore bidirezionale
Sebbene la potenza riflessa o il VSWR siano importanti, può essere più utile campionare simultaneamente sia i segnali in avanti che quelli riflessi. Questa funzione è fornita da un accoppiatore bidirezionale, che consente il monitoraggio o la misurazione della potenza di uscita (avanti) e della potenza riflessa (indietro). I sistemi di test integrati (BIT), i test di produzione e il monitoraggio operativo di routine beneficiano tutti dell’accoppiamento bidirezionale.
Reflectometer
Questo è un elemento circuitale che fornisce la misurazione della potenza diretta e della potenza riflessa (tipicamente calibrata come VSWR). Questa è una funzione di test comune e molto utile negli ambienti di test di laboratorio e di produzione RF. Un riflettometro può essere la porzione di campionamento di uno strumento di misura stand-alone power/VSWR o può essere implementato come componente all’interno di un sistema di prova, di un’apparecchiatura di comunicazione o di un altro sistema RF (ad esempio, risonanza magnetica o riscaldamento RF).
Dual Directional Accoppiatore Applicazioni
Come indicato sopra, e in Fig. 4, il doppio accoppiatore direzionale agisce come un accoppiatore bidirezionale, ma con percorsi di accoppiamento avanti e indietro separati. Ciò fornisce un isolamento che elimina gli effetti della mancata corrispondenza di un percorso sull’altro percorso.
Reflectometer (risultati più accurati di bi-direzionale)
L’uso tipico di bi – e doppia direzione accoppiatori è il reflectometer. Quando implementato utilizzando un doppio accoppiatore, la precisione è migliorata, specialmente in condizioni in cui una porta accoppiata o l’altra può avere una significativa discrepanza.
Sommario
Gli accoppiatori direzionali sono dispositivi importanti nei sistemi RF. La loro capacità di campionare la direzione avanti o indietro della propagazione del segnale consente una vasta gamma di applicazioni in test, misurazione, monitoraggio, feedback e controllo. Questa nota dovrebbe aiutare i progettisti di sistemi a comprendere la funzione, l’architettura e le prestazioni dell’accoppiatore, per selezionare un tipo adatto per la loro particolare applicazione.
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