Urvashi Sengal
applikationsingenjör, minikretsar
riktningskopplare är en viktig typ av signalbehandlingsanordning. Deras grundläggande funktion är att sampla RF-signaler vid en förutbestämd grad av koppling, med hög isolering mellan signalportarna och de samplade portarna — som stöder analys, mätning och bearbetning för många applikationer. Eftersom de är passiva enheter arbetar de också i omvänd riktning, med signaler injicerade i huvudvägen enligt anordningarnas riktning och kopplingsgrad. Det finns några variationer i konfigurationen av riktningskopplingar, som vi ska se nedan.
helst skulle en kopplare vara förlustfri, matchad och ömsesidig. De grundläggande egenskaperna hos tre – och fyrportsnät är isolering, koppling och direktivitet, vars värden används för att karakterisera kopplarna. En idealisk koppling har oändlig riktning och isolering, tillsammans med en kopplingsfaktor vald för den avsedda applikationen.
funktionsdiagrammet i Fig. 1 illustrerar driften av en riktningskopplare, följt av en beskrivning av de relaterade prestandaparametrarna. Toppdiagrammet är en 4-portskopplare, som inkluderar både kopplade (framåt) och isolerade (omvända eller reflekterade) portar. Det nedre diagrammet är en 3-portstruktur, vilket eliminerar den isolerade porten. Detta används i applikationer som bara behöver en enda framåtkopplad utgång. 3-portkopplaren kan anslutas i omvänd riktning, där porten som tidigare kopplades blir den isolerade porten:
Figur 1: Grundläggande riktningskopplingskonfigurationer
prestandaegenskaper:
- Kopplingsfaktor: detta indikerar fraktionen av ingångseffekten (vid P1) som levereras till den kopplade porten, P3
- direktivitet: Detta är ett mått på kopplarens förmåga att separera vågor som sprider sig framåt och bakåt, som observerats vid de kopplade (P3) och isolerade (P4) portarna
- isolering: indikerar kraften som levereras till den okopplade belastningen (P4)
- Insättningsförlust: detta står för ingångseffekten (P1) som levereras till den överförda (P2) porten, som reduceras med kraften som levereras till de kopplade och isolerade portarna.
värdena för dessa egenskaper i dB är:
koppling = C = 10 log (P1/P3)
direktivitet = D = 10 log (P3/P4)
isolering = i = 10 log (P1/P4)
Insättningsförlust = L = 10 log (P1/P2)
Riktkopplingar:
denna typ av kopplare har tre tillgängliga portar, som visas i Fig. 2, där den fjärde porten avslutas internt för att ge maximal riktning. Den grundläggande funktionen hos en riktningskopplare är att prova den isolerade (omvända) signalen. En typisk applikation är mätning av reflekterad effekt (eller indirekt, VSWR). Även om den kan anslutas i omvänd, är denna typ av kopplare inte ömsesidig. Eftersom en av de kopplade portarna avslutas internt är endast en kopplad signal tillgänglig. I framåtriktningen (som visas) samplar den kopplade porten den omvända vågen, men om den är ansluten i omvänd riktning (RF-ingång till höger) skulle den kopplade porten vara ett prov av den främre vågen, reducerad med kopplingsfaktorn. Med denna anslutning kan anordningen användas som en sampler för signalmätning eller för att leverera en del av utsignalen till återkopplingskretsar.
Figur 2: 50 Ohm riktningskopplare
fördelar:
- prestanda kan optimeras för framåtvägen
- hög direktivitet och isolering
- riktningen hos en kopplare påverkas starkt av impedansmatchningen som tillhandahålls av avslutningen vid den isolerade porten. Inredning som uppsägning internt säkerställer hög prestanda
nackdelar:
- koppling är endast tillgänglig på framåtvägen
- ingen kopplad linje
- den kopplade portens effekt är mindre än ingångsporten eftersom effekten som appliceras på den kopplade porten nästan helt försvinner i den interna avslutningen.
exempel:
minikretsar ZCDC20-E18653 + är en koaxial riktningskopplare med 20 dB nominell koppling över frekvensområdet 18 till 65 GHz. Denna modell ger RF-ingång effekthantering upp till 12W och passerar likström upp till 0.48A
Figur 3: Prestandakurvor för minikretsar ZCDC20-E18653 +
Dubbelriktade kopplingar:
denna Kopplingstyp har fyra portar, alla tillgängliga för kunden att använda. Den har en symmetrisk design som gör att framåt-och bakåtsignaler kan samplas samtidigt. Det är designerns ansvar att korrekt matcha eller avsluta båda kopplade portarna.
Figur 4: Dubbelriktad kopplare schematisk
fördelar:
- symmetrisk design
- ingångs-och utgångsportar är utbytbara
- det finns två överföringsledningar. Kopplad linje fungerar på samma sätt som huvudlinjen
- den har framåt och bakåt koppling
nackdelar:
- Design är avgörande för att upprätthålla god prestanda i båda riktningarna.
- kopplingens riktning beror på hur väl den isolerade porten avslutas.
exempel:
Mini-Circuits ’ ZGBDC35-93HP + är en koaxial dubbelriktad kopplare med 35 dB nominell koppling över frekvensområdet 900 till 9000 MHz. Denna modell ger 250W RF-ingång effekthantering och passerar likström upp till 3A
Figur 5: Prestandakurvor för minikretsar ZGBDC-93HP + dubbelriktad koppling.
Dubbla Riktningskopplingar:
denna tredje typ av kopplare är en kombination av två 3-portskopplingar med sina huvudlinjer kaskad och deras internt avslutade portar vända mot varandra vid gränssnittet mellan kopplarna. Denna konfiguration ger dubbelriktad kopplingsåtgärd, men med oberoende användning av de kopplade portarna. Den främsta fördelen är att en felaktig belastning som appliceras på endera porten inte påverkar den andra.
Figur 6: dubbelriktad kopplare schematisk
fördelar:
- prestanda kan optimeras för både framåt och bakåt banor
- högre direktivitet och isolering kan uppnås
- ger framåt och bakåt koppling
- direktivitet en bana påverkas inte av obalans närvarande på den andra vägen
- kan också användas för att samtidigt övervaka både framåt och bakåt kraften i ett system
nackdelar:
- involverar vanligtvis två back-to-back riktningskopplare
- större storlek jämfört med riktnings-och dubbelriktningskopplare
- ingen kopplad linje finns (inte tillgänglig i båda ändarna)
- högre införingsförlust än enkelriktad och dubbelriktad kopplare
exempel
minikretsar DDCH-50-13+ är en stripline-baserad ytmonterad dubbelriktad koppling med ett nominellt kopplingsförhållande på 50 dB över frekvensområdet 20 till 1000 MHz. Denna modell ger upp till 120W RF-ingång effekthantering och likström passerar upp till 4A.
Figur 7: Prestandakurvor för minikretsar DDCH-50-13+ dubbelriktningskopplare
Riktningskopplingsapplikationer
vid anslutning enligt Fig. 2, ger kopplaren ett prov av den reflekterade vågen vid den kopplade porten. Detta möjliggör mätning av reflekterad effekt, vilket representerar graden av missanpassning av lasten. När den placeras vid sändarutgången kan denna konfiguration övervaka antennsystemets VSWR, både för mätning och övervakning. Många RF-system inkluderar justeringar för minimal VSWR, medan andra inkluderar detektering av överdriven VSWR för kretsskydd, vanligtvis genom att antingen minska strömmen eller stänga av.
figur 8: schematisk av en 3-port riktningskopplare i en enkel reflektometerinställning.
framåt provtagning
när den är ansluten i omvänd, ger den kopplade porten ett prov av utgången (framsignal), dämpad av kopplingsfaktorn. Detta prov kan användas för vågformsövervakning, spektrumanalys och andra test-och mätfunktioner.
jämn generator
provet kan också användas för att driva återkopplingskretsar. En viktig tillämpning av denna typ är att jämföra amplituden hos en signalgenerator, vilket ger en konstant signalkälla för ett testsystem.
Figur 9: Schematisk av en 3-port riktningskopplare i en jämn generatorinställning.
Inställning av Mottagarintermodulationstest
testsignalerna för 2-tonstestning kan kombineras i antingen en riktningskopplare eller en effektkombinator. Båda metoderna kommer att ge den nödvändiga isoleringen mellan signalkällorna.
Figur 10: schematisk av en 3-port riktningskopplare i en mottagarintermodulationstestinstallation.
Dubbelriktade kopplare applikationer
även om reflekterad effekt eller VSWR är viktigt, kan det vara mer användbart att samtidigt sampla både framåt och reflekterade signaler. Denna funktion tillhandahålls av en dubbelriktad kopplare, som möjliggör övervakning eller mätning av uteffekt (framåt) och reflekterad effekt (bakåt). Inbyggda testsystem (BIT), produktionstestning och rutinmässig operativ övervakning drar alla nytta av dubbelriktad koppling.
Reflektometer
Detta är ett kretselement som ger mätning av framåtriktad effekt och reflekterad effekt (vanligtvis kalibrerad som VSWR). Detta är en vanlig och mycket användbar testfunktion i RF-laboratorie-och produktionstestmiljöer. En reflektometer kan vara antingen provtagningsdelen av ett fristående mätinstrument för effekt / VSWR, eller det kan implementeras som en komponent i ett testsystem, kommunikationsutrustning eller annat RF-system (t.ex.MR eller RF-uppvärmning).
applikationer med dubbla Riktningskopplingar
som nämnts ovan och i Fig. 4, fungerar den dubbla riktningskopplaren som en dubbelriktad kopplare, men med separata framåt-och bakåtkopplingsvägar. Detta ger isolering som eliminerar effekterna av missanpassning av en väg på den andra vägen.
Reflektometer (mer exakta resultat än dubbelriktad)
den typiska användningen av bi-och dubbelriktningskopplare är reflektometern. När den implementeras med en dubbelkoppling förbättras noggrannheten, särskilt under förhållanden där en kopplad port eller den andra kan ha betydande missanpassning.
sammanfattning
riktningskopplare är viktiga enheter i RF-System. Deras förmåga att prov antingen framåt eller bakåt riktning signalutbredning möjliggör ett brett spektrum av tillämpningar i test, mätning, övervakning, återkoppling och kontroll. Denna anteckning bör hjälpa systemdesigners att förstå kopplingens funktion, arkitektur och prestanda för att välja en lämplig typ för deras speciella tillämpning.
hitta rätt riktnings -, dubbelriktad eller dubbelriktad koppling för din applikation från hundratals I Mini-Circuits-katalogen.