Urvashi Sengal
inżynier aplikacji, Mini-Circuits
łączniki kierunkowe są ważnym typem urządzenia do przetwarzania sygnału. Ich podstawową funkcją jest próbkowanie sygnałów RF w określonym stopniu sprzężenia, z wysoką izolacją między portami sygnałowymi a portami próbkowanymi — co wspomaga analizę, pomiar i przetwarzanie w wielu zastosowaniach. Ponieważ są to urządzenia pasywne, działają również w odwrotnym kierunku, z sygnałami wprowadzanymi do głównej ścieżki zgodnie z kierunkowością urządzeń i stopniem sprzężenia. Istnieje kilka odmian konfiguracji łączników kierunkowych, jak zobaczymy poniżej.
najlepiej, aby łącznik był bezstratny, dopasowany i wzajemny. Podstawowymi właściwościami sieci trzy-i czteroportowych są izolacja, sprzężenie i kierunkowość, których wartości służą do scharakteryzowania łączników. Idealny łącznik ma nieskończoną kierunkowość i izolację, wraz ze współczynnikiem sprzęgania wybranym do zamierzonego zastosowania.
schemat funkcjonalny na Rys. 1 ilustruje działanie łącznika kierunkowego, a następnie opis powiązanych parametrów wydajności. Górny diagram to złącze 4-portowe, które obejmuje zarówno złączone (do przodu), jak i izolowane (do tyłu lub odbite) porty. Dolny diagram jest strukturą 3-portową, która eliminuje izolowany port. Jest to stosowane w aplikacjach, które potrzebują tylko jednego wyjścia sprzężonego do przodu. Złącze 3-portowe można podłączyć w odwrotnym kierunku, gdzie port, który był wcześniej sprzężony, staje się portem izolowanym:
Rysunek 1: Podstawowe konfiguracje łączników kierunkowych
charakterystyka działania:
- Współczynnik sprzężenia: oznacza ułamek mocy wejściowej (przy P1), która jest dostarczana do portu sprzężonego, P3
- kierunkowość: Jest to miara zdolności sprzęgacza do oddzielania fal propagujących się w kierunku do przodu i do tyłu, jak zaobserwowano w złączach sprzężonych (P3) i izolowanych (P4)
- Izolacja: wskazuje moc dostarczaną do niezwiązanego obciążenia (P4)
- utrata wtrąceniowa: odpowiada to mocy wejściowej (P1) dostarczanej do portu przesyłanego (P2), która jest zmniejszana przez moc dostarczaną do portów sprzężonych i izolowanych.
wartości tych cech w dB są:
Sprzęgło = C = 10 log (P1/P3)
kierunkowość = D = 10 log (P3/P4)
izolacja = I = 10 log (P1/P4)
utrata wtrąceniowa = L = 10 log (P1/P2)
łączniki kierunkowe:
ten typ złącza ma trzy dostępne porty, jak pokazano na fig. 2, gdzie czwarty port jest wewnętrznie zakończony, aby zapewnić maksymalną kierunkowość. Podstawową funkcją łącznika kierunkowego jest próbkowanie izolowanego (odwrotnego) sygnału. Typowym zastosowaniem jest pomiar mocy odbitej (lub pośrednio VSWR). Chociaż można go podłączyć w odwrotnym kierunku, ten typ łącznika nie jest wzajemny. Ponieważ jeden z portów sprzężonych jest wewnętrznie zakończony, dostępny jest tylko jeden sprzężony sygnał. W kierunku do przodu (jak pokazano) sprzężony port pobiera falę wsteczną, ale jeśli jest połączony w kierunku Do Tyłu (Wejście RF po prawej stronie), sprzężony port będzie próbką fali przedniej, zmniejszoną o współczynnik sprzężenia. Dzięki temu połączeniu urządzenie może być używane jako próbnik do pomiaru sygnału lub do dostarczania części sygnału wyjściowego do obwodów sprzężenia zwrotnego.
Rysunek 2: 50-omowy Łącznik Kierunkowy
zalety:
- wydajność można zoptymalizować dla ścieżki do przodu
- wysoka kierunkowość i izolacja
- na kierunkowość sprzęgacza silnie wpływa dopasowanie impedancji zapewnione przez zakończenie na izolowanym porcie. Umeblowanie, które wewnętrznie zapewnia wysoką wydajność
wady:
- sprzężenie jest dostępne tylko na drodze do przodu
- brak sprzężonej linii
- moc znamionowa portu sprzężonego jest mniejsza niż port wejściowy, ponieważ moc przyłożona do portu sprzężonego jest prawie całkowicie rozproszona w wewnętrznym zakończeniu.
przykład:
Mini-Circuits zcdc20-E18653+ to koncentryczny łącznik kierunkowy z nominalnym sprzężeniem 20 dB w zakresie częstotliwości od 18 do 65 GHz. Ten model zapewnia moc wejściową RF do 12 W i przekazuje prąd stały do 0.48A
Rysunek 3: krzywe wydajności dla mini-obwodów ” zcdc20-E18653+
złącza dwukierunkowe:
ten typ złącza ma cztery porty, wszystkie dostępne dla klienta. Ma symetryczną konstrukcję, umożliwiając jednoczesne próbkowanie sygnałów do przodu i do tyłu. Obowiązkiem projektanta jest prawidłowe dopasowanie lub zakończenie obu połączonych portów.
Rysunek 4: Schemat łącznika dwukierunkowego
zalety:
- symetryczna konstrukcja
- porty wejściowe i wyjściowe są wymienne
- istnieją dwie linie transmisyjne. Sprzężona linia działa tak samo jak linia główna
- ma sprzęgło do przodu i do tyłu
wady:
- konstrukcja ma kluczowe znaczenie dla utrzymania dobrej wydajności w obu kierunkach.
- kierunkowość złącza zależy od tego, jak dobrze izolowany port jest zakończony.
przykład:
ZGBDC35-93HP+ Mini-Circuits to koncentryczny dwukierunkowy łącznik z nominalnym sprzężeniem 35 dB w zakresie częstotliwości od 900 do 9000 MHz. Ten model zapewnia moc wejściową 250 W RF i przekazuje prąd stały do 3A
Rysunek 5: krzywe wydajności dla Mini-obwodów ZGBDC-93HP+ łącznik dwukierunkowy.
Łączniki Dwukierunkowe:
ten trzeci typ złącza jest kombinacją dwóch 3-portowych złączek z ich głównymi liniami kaskadowymi i wewnętrznie zakończonymi portami skierowanymi do siebie na styku między złączami. Ta konfiguracja zapewnia dwukierunkowe działanie łącznika, ale z niezależnym wykorzystaniem sprzężonych portów. Główną zaletą jest to, że niedopasowane obciążenie zastosowane do jednego portu nie wpłynie na drugi.
Rysunek 6: schemat łącznika dwukierunkowego
zalety:
- wydajność można zoptymalizować zarówno dla ścieżek do przodu, jak i do tyłu
- można uzyskać wyższą kierunkowość i izolację
- zapewnia sprzężenie do przodu i do tyłu
- kierunkowość jednej ścieżki nie ma wpływu na niedopasowanie obecne na drugiej ścieżce
- może być również używany do jednoczesnego monitorowania zarówno mocy do przodu, jak i do tyłu systemu
wady:
- zwykle obejmuje dwa łączniki kierunkowe do tyłu
- większy rozmiar w porównaniu do łączników kierunkowych i dwukierunkowych
- brak sprzężonej linii (niedostępnej na obu końcach)
- większa strata wtrąceniowa niż pojedynczy łącznik kierunkowy i dwukierunkowy
przykład
Mini-Obwody DDCH-50-13+ jest dwu-kierunkowym łącznikiem do montażu powierzchniowego opartym na linii paskowej o nominalnym współczynniku sprzężenia 50 dB w zakresie częstotliwości od 20 do 1000 MHz. Ten model zapewnia moc wejściową RF do 120 W i prąd stały przechodzący do 4A.
Rysunek 7: krzywe wydajności dla Mini-obwodów DDCH-50-13+ łącznik dwukierunkowy
zastosowanie łącznika Kierunkowego
po podłączeniu, jak pokazano na Rys. 2, łącznik dostarcza próbkę odbitej fali w złączu sprzężonym. Pozwala to na pomiar odbitej mocy, reprezentującej stopień niedopasowania obciążenia. Po umieszczeniu na wyjściu nadajnika Ta konfiguracja może monitorować VSWR systemu antenowego, zarówno w celu pomiaru, jak i monitorowania. Wiele systemów RF zawiera regulacje dla minimalnego VSWR, podczas gdy inne obejmują wykrywanie nadmiernego VSWR dla ochrony obwodu, zwykle poprzez zmniejszenie mocy lub wyłączenie.
Rysunek 8: Schemat 3-portowego łącznika kierunkowego w prostym ustawieniu reflektometru.
próbkowanie do przodu
po podłączeniu do tyłu Port sprzężony dostarcza próbkę wyjścia (sygnał do przodu), tłumioną przez współczynnik sprzężenia. Ta próbka może być używana do monitorowania kształtu fali, analizy widma i innych funkcji testowych i pomiarowych.
próbka może być również używana do napędzania obwodów sprzężenia zwrotnego. Jednym z ważnych zastosowań tego typu jest wyrównywanie amplitudy generatora sygnału, zapewniając stałe źródło sygnału dla systemu testowego.
Rysunek 9: Schemat 3-portowego łącznika Kierunkowego W układzie generatora poziomowanego.
konfiguracja testu intermodulacji odbiornika
sygnały testowe do testowania 2-tonowego mogą być łączone w łączniku kierunkowym lub łączniku mocy. Obie metody zapewnią niezbędną izolację między źródłami sygnału.
Rysunek 10: Schemat 3-portowego łącznika Kierunkowego W konfiguracji testu intermodulacji odbiornika.
Bi-directional Coupler Applications
chociaż odbita moc lub VSWR jest ważna, bardziej przydatne może być jednoczesne próbkowanie zarówno sygnałów do przodu, jak i odbitych. Funkcję tę zapewnia dwukierunkowy łącznik, który umożliwia monitorowanie lub pomiar mocy wyjściowej (do przodu) i mocy odbitej (do tyłu). Wbudowane systemy testowe (bitowe), testy produkcyjne i rutynowe monitorowanie operacyjne korzystają z dwukierunkowego sprzężenia.
Reflektometr
jest to element obwodu, który zapewnia pomiar mocy do przodu i mocy odbitej (Zwykle kalibrowany jako VSWR). Jest to powszechna i bardzo przydatna funkcja testowa w laboratoriach RF i środowiskach testowych produkcji. Reflektometr może być częścią próbkowania samodzielnego przyrządu pomiarowego power / VSWR lub może być wdrożony jako element w systemie badawczym, sprzęcie komunikacyjnym lub innym systemie radiowym (np. MRI lub ogrzewanie radiowe).
zastosowania łącznika dwukierunkowego
jak wspomniano powyżej i na Fig. 4, łącznik dwukierunkowy działa jako łącznik dwukierunkowy, ale z oddzielnymi ścieżkami sprzęgania do przodu i do tyłu. Zapewnia to izolację, która eliminuje skutki niedopasowania jednej ścieżki do drugiej.
Reflektometr (dokładniejsze wyniki niż dwukierunkowe)
typowym zastosowaniem sprzęgieł dwukierunkowych jest reflektometr. W przypadku zastosowania podwójnego złącza dokładność ulega poprawie, zwłaszcza w warunkach, w których jeden lub drugi port sprzężony może mieć znaczne niedopasowanie.
podsumowanie
łączniki kierunkowe są ważnymi urządzeniami w systemach RF. Ich zdolność do pobierania próbek w kierunku do przodu lub do tyłu propagacji sygnału umożliwia szeroki zakres zastosowań w testach, pomiarach, monitorowaniu, sprzężeniu zwrotnym i kontroli. Ta uwaga powinna pomóc projektantom systemów zrozumieć funkcję, architekturę i wydajność łącznika, aby wybrać odpowiedni typ dla ich konkretnego zastosowania.
Znajdź odpowiedni łącznik Kierunkowy, dwukierunkowy lub dwukierunkowy do swojej aplikacji z katalogu setek Mini-obwodów.