Urvashi Sengal
Engenheiro de Aplicações, Mini-Circuitos
acopladores Direcionais são um importante tipo de processamento de sinal do dispositivo. Sua função básica é amostrar sinais de RF em um grau predeterminado de acoplamento, com alto isolamento entre as portas de sinal e as portas amostradas — o que suporta análise, Medição e processamento para muitas aplicações. Por serem dispositivos passivos, também operam na direção inversa, com sinais injetados no caminho principal de acordo com a direcionalidade e o grau de acoplamento dos dispositivos. Existem algumas variações na configuração dos acopladores direcionais, como veremos a seguir.
idealmente, um acoplador seria sem perdas, combinado e recíproco. As propriedades básicas das redes de três e quatro portas são isolamento, acoplamento e diretividade, cujos valores são usados para caracterizar os acopladores. Um acoplador ideal tem a diretividade e o isolamento infinitos, junto com um fator de acoplamento selecionado para a aplicação pretendida.
o diagrama funcional na Fig. 1 ilustra a operação de um acoplador direcional, seguido por uma descrição dos parâmetros de desempenho relacionados. O diagrama superior é um acoplador de 4 portas, que inclui portas acopladas (dianteiras) e isoladas (reversas ou refletidas). O diagrama inferior é uma estrutura de 3 portas, que elimina a porta isolada. Isso é usado em aplicativos que precisam apenas de uma única saída acoplada à frente. 3-porta acoplador pode ser conectado na direção reversa, onde a porta que foi anteriormente juntamente torna-se o isolado porta:
Figura 1: Basic acoplador direcional configurações
características de Desempenho:
- Fator de Acoplamento: Este indica a fração da potência de entrada (em P1), que é entregue juntamente porta, P3
- Direccionalidade: Esta é uma medida do acoplador capacidade para separar as ondas de propagação para frente e para trás direções, como observado na acoplado (P3) e isolado (P4) portas
- Isolamento: Indica a potência entregue ao desacoplados de carga (P4)
- Perda de Inserção: Isso representa a potência de entrada (P1) entregue ao transmissíveis (P2) do porto, que é reduzida pela energia entregue ao associado e isolado portas.
os valores dessas características em dB são:
Acoplamento = C = 10 log (P1/P3)
Direccionalidade = D = 10 log (P3/P4)
Isolamento = I = 10 log (P1/P4)
Perda de Inserção = L = 10 log (P1/P2)
Acopladores Direcionais:
Este tipo de acoplador tem três acessível portas, como mostrado na Fig. 2, onde a quarta porta é terminada internamente para fornecer diretividade máxima. A função básica de um acoplador direcional é provar o sinal isolado (reverso). Uma aplicação típica é a medição da potência refletida (ou indiretamente, VSWR). Embora possa ser conectado ao contrário, esse tipo de acoplador não é recíproco. Como uma das portas acopladas é terminada internamente, apenas um sinal acoplado está disponível. Na direção para a frente( como mostrado), a porta acoplada prova a onda reversa, mas se conectada na direção reversa (entrada de RF à direita), a porta acoplada seria uma amostra da onda para a frente, reduzida pelo fator de acoplamento. Com esta conexão, o dispositivo pode ser usado como um amostrador para medição de sinal, ou para entregar uma parte do sinal de saída para circuitos de feedback.
Figura 2: 50 Ohms Acoplador Direcional
Vantagens:
- o Desempenho pode ser otimizado para os caminhos do futuro
- Alta diretividade e isolamento
- A direccionalidade de um acoplador é fortemente afetado pela impedância de correspondência fornecido pelo término no isolado porta. Fornecer essa terminação internamente garante alto desempenho
desvantagens:
- o acoplamento está disponível apenas no caminho para a frente
- nenhuma linha acoplada
- a classificação de potência da porta acoplada é menor que a porta de entrada porque a energia aplicada à porta acoplada é quase inteiramente dissipada na terminação interna.
Exemplo:
Mini-Circuitos ZCDC20-E18653+ é um coaxial acoplador direcional com 20 dB nominal de acoplamento entre os 18 e os 65 GHz faixa de freqüência. Este modelo fornece o poder da entrada do RF que segura até 12W e passa a corrente de C. C. até 0.48A
Figura 3: curvas de Desempenho para Mini-Circuitos de’ ZCDC20-E18653+
Bi-acopladores direcionais:
Este tipo de acoplador tem quatro portas, todos acessíveis para o cliente usar. Tem um projeto simétrico, permitindo que os sinais dianteiros e reversos sejam amostrados simultaneamente. É responsabilidade do designer combinar ou encerrar adequadamente as duas portas acopladas.
Figura 4: Bi-direcional acoplador esquemático
vantagens:
- design simétrico
- as portas de entrada e saída são intercambiáveis
- existem duas linhas de transmissão. Juntamente linha funciona da mesma forma que a linha principal
- Ele tem forward e reverse acoplamento
Desvantagens:
- o Design é fundamental para manter o bom desempenho em ambas as direções.
- a diretividade do acoplador depende de quão bem a porta isolada é terminada.
Exemplo:
Mini-Circuitos de’ ZGBDC35-93HP+ é um coaxial bi-acoplador direcional com 35 dB nominal de acoplamento entre os 900 9000 MHz faixa de freqüência. Este modelo fornece 250W entrada de RF de potência e passa DC de corrente de até 3A
Figura 5: curvas de Desempenho para Mini-Circuitos ZGBDC-93HP+ bi-acoplador direcional.
Acopladores Direcionais Duplos:
este terceiro tipo de acoplador é uma combinação de dois acopladores de 3 portas com suas linhas principais em cascata e suas portas terminadas internamente voltadas uma para a outra na interface entre os acopladores. Esta configuração fornece a ação bidirecional do acoplador, mas com o uso independente dos portos acoplados. A principal vantagem é que uma carga incompatível aplicada a qualquer porta não afetará a outra.
Figura 6: esquema de acoplador direcional duplo
vantagens:
- Desempenho pode ser otimizado para ambos os percursos direto e reverso
- Maior diretividade e o isolamento pode ser alcançado
- Fornece direta e inversa de acoplamento
- Direccionalidade de um caminho que não é afetado por incompatibilidade de presente por outro caminho
- também Pode ser usado para monitorar simultaneamente as para a frente e reverso de potência de um sistema
Desvantagens:
- Normalmente envolve dois back-to-back acopladores direcionais
- tamanho Maior em comparação direcional e bi-acopladores direcionais
- Sem juntamente linha está presente (não acessível em ambas as extremidades)
- Maior perda de inserção que a única direcional e bi-acoplador direcional
Exemplo
Mini-Circuitos DDCH-50-13+ é um stripline de base de montagem superficial duplo-acoplador direcional com um 50 dB nominal de acoplamento relação entre 20 a 1000 MHz faixa de freqüência. Este modelo fornece até 120W entrada de RF de potência e de corrente CC, passando até a 4A.
Figura 7: curvas de Desempenho para Mini-Circuitos DDCH-50-13+ dupla acoplador direcional
Acoplador Direcional Aplicações
Quando conectado como mostrado na Fig. 2, O acoplador fornece uma amostra da onda refletida na porta acoplada. Isso permite a medição da potência refletida, representando o grau de incompatibilidade da carga. Quando colocado na saída do transmissor, esta configuração pode monitorar o VSWR do sistema da antena, para a medida e a monitoração. Muitos sistemas de RF incluem ajustes para VSWR mínimo, enquanto outros incluem a detecção de VSWR excessivo para proteção de circuito, geralmente reduzindo a energia ou desligando.
Figura 8: esquema de um acoplador direcional de 3 portas em uma configuração simples de refletômetro.
amostragem para a frente
quando conectado ao contrário, a porta acoplada fornece uma amostra da saída (sinal para a frente), atenuada pelo fator de acoplamento. Esta amostra pode ser usada para monitoramento de forma de onda, análise de espectro e outras funções de teste e medição.
Gerador nivelado
a amostra pode igualmente ser usada para conduzir circuitos do feedback. Uma aplicação importante deste tipo é nivelar a amplitude de um gerador de sinal, fornecendo uma fonte de sinal constante para um sistema de teste.
Figura 9: Esquemático de um acoplador direcional de 3 portas em uma configuração de gerador nivelado.
configuração do teste de intermodulação do receptor
os sinais de teste para testes de 2 Tons podem ser combinados em um acoplador direcional ou em um combinador de energia. Ambos os métodos fornecerão o isolamento necessário entre as fontes de sinal.
Figura 10: esquema de um acoplador direcional de 3 portas em uma configuração de teste de intermodulação do receptor.
aplicações de acoplador bidirecional
embora a potência refletida ou VSWR seja importante, pode ser mais útil amostrar simultaneamente sinais avançados e refletidos. Esta função é fornecida por um acoplador bidirecional, que permite monitorar ou medir a potência de saída (para frente) e a potência refletida (reversa). Os sistemas incorporados do teste (bocado), os testes de produção, e a monitoração Operacional rotineira todos se beneficiam do acoplamento bidirecional.
reflectômetro
este é um elemento de circuito que fornece medição de potência dianteira e potência refletida (normalmente calibrado como VSWR). Esta é uma função de teste comum e altamente útil em ambientes de teste de laboratório e produção de RF. Um refletômetro pode ser a porção de amostragem de um instrumento de medição autônomo power/VSWR, ou pode ser implementado como um componente dentro de um sistema de teste, equipamento de comunicação ou outro sistema de RF (por exemplo, aquecimento por ressonância magnética ou RF).
aplicações de acoplador direcional duplo
conforme observado acima, e na Fig. 4, o acoplador direcional duplo atua como um acoplador bidirecional, mas com caminhos de acoplamento dianteiros e reversos separados. Isso fornece isolamento que elimina os efeitos da incompatibilidade de um caminho no outro caminho.
reflectômetro(resultados mais precisos do que bidirecionais)
o uso típico de acopladores de duas e duas direções é o refletômetro. Quando implementado usando um acoplador duplo, a precisão é melhorada, especialmente sob condições em que uma porta acoplada ou outra pode ter incompatibilidade significativa.
resumo
os acopladores direcionais são dispositivos importantes em sistemas de RF. Sua capacidade para provar o sentido dianteiro ou reverso da propagação do sinal permite uma vasta gama de aplicações no teste, na medida, na monitoração, no feedback e no controle. Esta nota deve ajudar os projetistas do sistema a entender a função, arquitetura e desempenho do acoplador, para selecionar um tipo adequado para sua aplicação específica.
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