Urvashi Sengal
inginer aplicații, mini-circuite
cuple direcționale sunt un tip important de dispozitiv de procesare a semnalului. Funcția lor de bază este de a proba semnale RF la un grad predeterminat de cuplare, cu o izolare ridicată între porturile de semnal și porturile eșantionate — care acceptă analiza, măsurarea și procesarea pentru multe aplicații. Deoarece sunt dispozitive pasive, ele funcționează și în direcția inversă, cu semnale injectate în calea principală în funcție de direcționalitatea dispozitivelor și gradul de cuplare. Există câteva variații în configurația cuplelor direcționale, așa cum vom vedea mai jos.
în mod ideal, un cuplaj ar fi fără pierderi, potrivit și reciproc. Proprietățile de bază ale rețelelor cu trei și patru porturi sunt izolarea, cuplarea și directivitatea, ale căror valori sunt utilizate pentru a caracteriza cuplajele. Un cuplaj ideal are directivitate infinită și izolare, împreună cu un factor de cuplare selectat pentru aplicația dorită.
diagrama funcțională din Fig. 1 ilustrează funcționarea unui cuplaj direcțional, urmată de o descriere a parametrilor de performanță aferenți. Diagrama de sus este un cuplaj cu 4 porturi, care include atât porturi cuplate (înainte), cât și izolate (invers sau reflectate). Diagrama inferioară este o structură cu 3 porturi, care elimină portul izolat. Acest lucru este utilizat în aplicații care au nevoie doar de o singură ieșire cuplată înainte. Cuplajul cu 3 porturi poate fi conectat în direcția inversă, unde portul care a fost cuplat anterior devine portul izolat:
Figura 1: configurații de bază ale cuplajului direcțional
caracteristici de performanță:
- factor de cuplare: aceasta indică fracțiunea puterii de intrare (la P1) care este livrată la portul cuplat, P3
- directivitate: Aceasta este o măsură a capacității cuplajului de a separa undele care se propagă în direcții înainte și înapoi, așa cum se observă la porturile cuplate (P3) și izolate (P4)
- izolare: indică puterea livrată la sarcina decuplată (P4)
- pierdere de inserție: aceasta reprezintă puterea de intrare (P1) livrată la portul transmis (P2), care este redusă de puterea livrată la porturile cuplate și izolate.
valorile acestor caracteristici în dB sunt:
cuplare = C = 10 log (P1/P3)
directivitate = D = 10 log (P3/P4)
izolare = I = 10 log (P1/P4)
pierdere de inserție = L = 10 log (P1/P2)
cuple direcționale:
acest tip de cuplaj are trei porturi accesibile, așa cum se arată în Fig. 2, în cazul în care al patrulea port este terminat intern pentru a oferi directivitate maximă. Funcția de bază a unui cuplaj direcțional este de a proba semnalul izolat (invers). O aplicație tipică este măsurarea puterii reflectate (sau indirect, VSWR). Deși poate fi conectat în sens invers, acest tip de cuplaj nu este reciproc. Deoarece unul dintre porturile cuplate este terminat intern, este disponibil un singur semnal cuplat. În direcția înainte (așa cum se arată), portul cuplat eșantionează valul invers, dar dacă este conectat în direcția inversă (intrare RF în dreapta), portul cuplat ar fi un eșantion al undei înainte, redus de factorul de cuplare. Cu această conexiune, dispozitivul poate fi utilizat ca prelevator pentru măsurarea semnalului sau pentru a livra o porțiune a semnalului de ieșire către circuitele de feedback.
Figura 2: cuplaj direcțional 50-Ohm
avantaje:
- performanța poate fi optimizată pentru calea înainte
- directivitate ridicată și izolare
- directivitatea unui cuplaj este puternic afectată de potrivirea impedanței oferită de terminarea la portul izolat. Furnizarea acestei terminații interne asigură performanțe ridicate
dezavantaje:
- cuplajul este disponibil numai pe calea înainte
- nicio linie cuplată
- puterea nominală a portului cuplat este mai mică decât portul de intrare, deoarece puterea aplicată portului cuplat este aproape în întregime disipată în terminația internă.
exemplu:
Mini-circuite ZCDC20-e18653+ este un cuplaj direcțional coaxial cu cuplaj nominal de 20 dB în intervalul de frecvență de la 18 la 65 GHz. Acest model oferă putere de intrare RF de manipulare până la 12W și trece curent continuu până la 0.48A
Figura 3: curbe de performanță pentru mini-circuite ZCDC20-e18653+
cuplaje bidirecționale:
acest tip de cuplaj are patru porturi, toate accesibile pentru client. Are un design simetric, permițând eșantionarea simultană a semnalelor înainte și înapoi. Este responsabilitatea proiectantului de a se potrivi în mod corespunzător sau de a termina ambele porturi cuplate.
Figura 4: Schema cuplajului bidirecțional
avantaje:
- proiectarea simetrică
- porturile de intrare și ieșire sunt interschimbabile
- există două linii de transmisie. Linia cuplată funcționează la fel ca linia principală
- are cuplare înainte și înapoi
dezavantaje:
- designul este esențial pentru menținerea performanțelor bune în ambele direcții.
- directivitatea cuplajului depinde de cât de bine se termină portul izolat.
exemplu:
mini-circuitele ZGBDC35-93HP+ este un cuplaj coaxial bidirecțional cu cuplaj nominal de 35 dB în intervalul de frecvență 900-9000 MHz. Acest model oferă o manipulare a puterii de intrare RF de 250W și trece curentul continuu până la 3A
Figura 5: curbe de performanță pentru Mini-circuite ZGBDC-93HP + cuplaj bidirecțional.
Cuple Direcționale Duale:
acest al treilea tip de cuplaj este o combinație de două cuplaje cu 3 porturi cu liniile lor principale în cascadă și porturile lor terminate intern orientate unul către celălalt la interfața dintre cuplaje. Această configurație oferă o acțiune de cuplare bidirecțională, dar cu utilizarea independentă a porturilor cuplate. Avantajul principal este că o sarcină nepotrivită aplicată oricărui port nu îl va afecta pe celălalt.
Figura 6: schema cuplajului dual direcțional
avantaje:
- performanță poate fi optimizat pentru ambele căi înainte și înapoi
- directivitate mai mare și izolarea poate fi atins
- prevede înainte și înapoi de cuplare
- directivitate de o cale nu este afectată de nepotrivire prezent pe cealaltă cale
- poate fi folosit pentru a monitoriza simultan atât înainte și înapoi puterea unui sistem
dezavantaje:
- implică de obicei două cuple direcționale spate-în-spate
- dimensiuni mai mari în comparație cu cuple direcționale și bidirecționale
- nu este prezentă nicio linie cuplată (nu este accesibilă la ambele capete)
- pierderi de inserție mai mari decât cuplajul direcțional și bidirecțional unic
exemplu
Mini-circuite DDCH-50-13+ este un cuplaj dual-direcțional pe bază de stripline cu montare pe suprafață, cu un raport de cuplare nominal de 50 dB în intervalul de frecvență de 20 până la 1000 MHz. Acest model oferă o manipulare a puterii de intrare RF de până la 120W și un curent continuu care trece până la 4A.
Figura 7: curbe de performanță pentru Mini-circuite DDCH-50-13+ cuplaj direcțional dual
Aplicații cuplaj direcțional
când este conectat așa cum se arată în Fig. 2, cuplajul oferă un eșantion de undă reflectată la portul cuplat. Aceasta permite măsurarea puterii reflectate, reprezentând gradul de nepotrivire a sarcinii. Când este plasat la ieșirea emițătorului, această configurație poate monitoriza VSWR a sistemului de antenă, atât pentru măsurare, cât și pentru monitorizare. Multe sisteme RF includ ajustări pentru VSWR minim, în timp ce altele includ detectarea VSWR excesiv pentru protecția circuitului, de obicei fie prin reducerea puterii, fie prin oprirea.
figura 8: schema unui cuplaj direcțional cu 3 porturi într-o configurație simplă a reflectometrului.
eșantionare înainte
când este conectat în sens invers, portul cuplat furnizează un eșantion de ieșire (semnal înainte), atenuat de factorul de cuplare. Acest eșantion poate fi utilizat pentru monitorizarea formei de undă, analiza spectrului și alte funcții de testare și măsurare.
Generator nivelat
eșantionul poate fi, de asemenea, utilizat pentru a conduce circuitele de feedback. O aplicație importantă de acest tip este nivelarea amplitudinii unui generator de semnal, oferind o sursă de semnal constantă pentru un sistem de testare.
Figura 9: Schema unui cuplaj direcțional cu 3 porturi într-o configurație a generatorului nivelat.
configurarea testului de intermodulare a receptorului
semnalele de încercare pentru testarea în 2 tonuri pot fi combinate fie într-un cuplaj direcțional, fie într-un combinator de putere. Ambele metode vor asigura izolarea necesară între sursele de semnal.
Figura 10: schema unui cuplaj direcțional cu 3 porturi într-o configurație de testare a intermodulării receptorului.
aplicații de cuplare bidirecțională
Deși puterea reflectată sau VSWR este importantă, poate fi mai util să eșantionați simultan atât semnalele înainte, cât și cele reflectate. Această funcție este asigurată de un cuplaj bidirecțional, care permite monitorizarea sau măsurarea puterii de ieșire (înainte) și a puterii reflectate (invers). Sistemele de testare (BIT) încorporate, testarea producției și monitorizarea operațională de rutină beneficiază de cuplare bidirecțională.
reflectometru
acesta este un element de circuit care oferă măsurarea puterii înainte și a puterii reflectate (de obicei calibrat ca VSWR). Aceasta este o funcție de testare comună și extrem de utilă în mediile de testare de laborator și de producție RF. Un reflectometru poate fi fie partea de eșantionare a unui instrument de măsurare autonom de putere/VSWR, fie poate fi implementat ca o componentă într-un sistem de testare, echipament de comunicații sau alt sistem RF (de exemplu, RMN sau încălzire RF).
aplicații de cuplare direcțională duală
după cum sa menționat mai sus și în Fig. 4, cuplajul dual direcțional acționează ca un cuplaj bidirecțional, dar cu căi separate de cuplare înainte și înapoi. Aceasta oferă izolare care elimină efectele nepotrivirii unei căi pe cealaltă cale.
reflectometru (rezultate mai precise decât bidirecționale)
utilizarea tipică a cuploarelor bi-și duale este reflectometrul. Atunci când este implementat folosind un cuplaj dublu, precizia este îmbunătățită, în special în condițiile în care un port cuplat sau celălalt poate avea o nepotrivire semnificativă.
rezumat
cuple direcționale sunt dispozitive importante în sistemele RF. Capacitatea lor de a proba direcția înainte sau inversă a propagării semnalului permite o gamă largă de aplicații în testare, măsurare, monitorizare, feedback și control. Această notă ar trebui să ajute proiectanții de sistem să înțeleagă funcția, arhitectura și performanța cuplajului, pentru a selecta un tip adecvat pentru aplicația lor particulară.
găsiți cuplajul direcțional, bidirecțional sau dual direcțional potrivit pentru aplicația dvs. din catalogul sute din mini-circuite.