指向性カプラー:その操作とアプリケーション

Urvashi Sengal
アプリケーションエンジニア、ミニ回路

指向性カプラーは、信号処理装置の重要なタイプです。 その基本的な機能は、信号ポートとサンプリングされたポート間の高い絶縁性を備えた、所定の結合度でRF信号をサンプリングすることです。 それらは受動デバイスであるため、逆方向にも動作し、デバイスの方向性と結合の程度に応じてメインパスに信号が注入されます。 以下に示すように、指向性カプラの構成にはいくつかのバリエーションがあります。

理想的には、カプラーは可逆で、一致し、逆数になります。 三ポートおよび四ポートネットワークの基本的な特性は、分離、結合および指向性であり、その値はカプラの特性を特徴付けるために使用される。 理想的なカプラーに意図されていた適用に選ばれる結合率と共に無限指向性および分離が、ある。

図中の機能図。 図1は、方向性結合器の動作を示し、続いて関連する性能パラメータの説明を示す。 上の図は4ポートのカプラで、結合(順方向)ポートと絶縁(逆方向または反射)ポートの両方を含んでいます。 下の図は3ポート構造で、絶縁されたポートを排除しています。 これは、単一の順方向結合出力のみを必要とするアプリケーションで使用されます。 3ポートカプラは逆方向に接続することができ、以前結合されていたポートが絶縁ポートになります:

図1:方向性結合器の基本構成

性能特性:

1. 結合係数：これは、結合ポートに供給される入力電力（P1）の割合、P3
2. 指向性を示します: これは、結合された(P3)ポートと絶縁された(p4)ポート
3. アイソレーション:非結合負荷(P4)
4. 挿入損失:これは、送信された(p2)ポートに供給される入力電力(P1)を占め、結合されたポートと絶縁されたポートに供給される電力によって減少します。

これらの特性のdB単位の値は次のとおりです:

結合=C=10log(P1/P3)

指向性=D=10log(P3/P4)

分離=I=10log(P1/P4)

挿入損失=L=10log(P1/P2)

方向カプラー:

このタイプのカプラは、図に示すように、三つのアクセス可能なポートを持っています。 最大指向性を提供するために第四のポートが内部で終端されている2、。 方向性結合器の基本的な機能は、絶縁された（逆の）信号をサンプリングすることです。 典型的なアプリケーションは、反射電力（または間接的にはVSWR）の測定です。 それは逆に接続することができますが、このタイプのカプラーは相互ではありません。 結合されたポートの1つは内部で終端されるため、1つの結合された信号のみが利用可能です。 順方向（図に示すように）では、結合ポートは逆波をサンプリングしますが、逆方向（右のRF入力）に接続されている場合、結合ポートは順波のサンプルになり、結合係数だけ減少します。 この接続により、デバイスは、信号測定のためのサンプラーとして、または出力信号の一部をフィードバック回路に送達するために使用され得る。

図2:50オーム方向性カプラ

図3:ミニ回路のZCDC20-E18653+

双方向カプラの性能曲線:

このカプラタイプには四つのポートがあり、すべてお客様が使用できるようにアクセスできます。 それは対称的な設計を有し、同時に見本抽出されるように前方および逆信号がする。 両方の結合されたポートを適切に一致または終了するのは、設計者の責任です。

図4: 双方向カプラ回路図

図5:ミニ回路ZGBDC-93HP+双方向カプラの性能曲線。

デュアルディレクショナルカプラ:

この第三のタイプのカプラは、メインラインがカスケード接続された3ポートカプラと、カプラ間のインターフェイスで互いに対向する内部終端ポートの組 この構成は、双方向カプラ動作を提供しますが、結合ポートを独立して使用します。 主な利点は、いずれかのポートに適用される不一致の負荷が他のポートに影響を与えないことです。

図6:デュアル方向性カプラの回路図

図7:ミニ回路DDCHの性能曲線-50-13+ デュアル方向性結合器

方向性結合器アプリケーション

図に示すように接続した場合。 図2に示すように、カプラは、結合ポートで反射波のサンプルを提供する。 これにより、負荷の不整合の程度を表す反射電力の測定が可能になります。 トランスミッタ出力に配置すると、この構成は、測定と監視の両方のために、アンテナシステムのVSWRを監視することができます。 多くのRFシステムには、最小VSWRの調整が含まれていますが、他のシステムには、通常、電力を削減するかシャットダウンすることによって、回路保護のた

図8:単純な反射計の設定での3ポート方向性結合器の回路図

順方向サンプリング

逆方向に接続すると、結合ポートは結合係数によって減衰された出力（順方向信号）のサンプルを提供します。 このサンプルは波形の監視、スペクトル分析および他のテストおよび測定機能に使用することができる。

レベリングジェネレータ

サンプルはフィードバック回路を駆動するためにも使用できます。 このタイプの重要なアプリケーションの1つは、信号発生器の振幅を平準化し、テストシステムに一定の信号源を提供することです。

図9: 水平な発電機の組み立ての3港の方向性結合器の模式図。

レシーバ相互変調テスト設定

2トーンテスト用のテスト信号は、方向性結合器または電源結合器のいずれかで組み合わせることができます。 どちらの方法も、信号源間に必要な絶縁を提供します。

図10:レシーバ相互変調テストのセットアップにおける3ポート方向性結合器の回路図。

双方向カプラ用途

反射電力またはVSWRは重要ですが、順方向信号と反射信号の両方を同時にサンプリングする方が便利です。 この機能は出力電力（前方）および反映された力（逆）の監視か測定を可能にする二方向性のカプラーによって提供される。 作り付けテスト(ビット)システム、生産のテストおよび定期的な操作上の監視は二方向のカップリングからのすべての利点。

Reflectometer

これは、順方向電力と反射電力（通常はVSWRとして較正）の測定を提供する回路素子です。 これは、RF実験室および生産テスト環境で一般的で非常に有用なテスト機能です。 反射計は、スタンドアロンの電力/VSWR測定器のサンプリング部分であってもよいし、試験システム、通信機器、または他のRFシステム（例えば、MRIまたはRF加熱）内のコンポーネントとして実装されていてもよい。

デュアル方向性カプラ用途

上記のように、および図に示すように。 図4に示すように、二重方向性結合器は、双方向結合器として機能するが、順方向および逆方向結合経路が別々である。 これにより、一方のパスが他方のパス上で不一致になる影響を排除する分離が提供されます。

反射計（双方向よりも正確な結果）

双方向および二重方向カプラーの典型的な使用は反射計です。 デュアルカプラを使用して実装すると、特に一方の結合ポートまたは他方の結合ポートが有意な不一致を有する可能性のある条件下で、精度が改善され

概要

方向性カプラはRFシステムで重要なデバイスです。 信号伝播の順方向または逆方向のいずれかをサンプリングする能力により、テスト、測定、監視、フィードバック、制御における幅広いアプリケーションが可能になります。 このノートは、システム設計者がカプラの機能、アーキテクチャ、性能を理解し、特定のアプリケーションに適したタイプを選択するのに役立ちます。

ミニ回路カタログの何百ものからのあなたの適用のための右の方向、二方向または二重方向性カプラーを見つけて下さい。