Directionele koppelaars zijn standaardcomponenten voor microgolf- en millimetergolftoepassingen in microgolfmetingen en andere microgolfsystemen. Ze kunnen worden gebruikt voor signaalisolatie, -scheiding en -menging, zoals vermogensbewaking, stabilisatie van het uitgangsvermogen van de bron, isolatie van de signaalbron, frequentiesweeptesten voor transmissie en reflectie, enzovoort. Het is een directionele microgolfvermogensverdeler en een onmisbaar onderdeel in moderne frequentiesweepreflectometers. Er bestaan verschillende typen, zoals golfgeleider-, coaxiale, stripline- en microstripkoppelaars.
Figuur 1 is een schematisch diagram van de structuur. Deze bestaat hoofdzakelijk uit twee delen: de hoofdlijn en de hulplijn, die met elkaar verbonden zijn door middel van diverse kleine openingen, spleten en kieren. Een deel van de energie die via de "1" aan het uiteinde van de hoofdlijn wordt toegevoerd, wordt dus naar de hulplijn geleid. Door interferentie of superpositie van golven wordt de energie slechts in één richting via de hulplijn overgedragen (de zogenaamde "voorwaartse" richting), terwijl er in de andere richting (de zogenaamde "achterwaartse" richting) vrijwel geen energieoverdracht plaatsvindt.
Figuur 2 toont een kruiskoppeling, waarbij een van de poorten van de koppeling is verbonden met een ingebouwde aanpassingsbelasting.
Toepassing van richtingskoppelaar
1, voor het systeem voor energiesynthese
Een 3dB-richtingskoppelaar (ook wel 3dB-brug genoemd) wordt meestal gebruikt in een multicarrier-frequentiesynthesesysteem, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Dit type schakeling komt veel voor in gedistribueerde systemen binnenshuis. Nadat de signalen f1 en f2 van twee eindversterkers door een 3dB-richtingskoppelaar zijn gegaan, bevat de uitgang van elk kanaal twee frequentiecomponenten f1 en f2, waarbij de amplitude van elke frequentiecomponent met 3dB wordt verlaagd. Als een van de uitgangen is aangesloten op een absorberende belasting, kan de andere uitgang worden gebruikt als voedingsbron voor het passieve intermodulatiemeetsysteem. Om de isolatie verder te verbeteren, kunnen componenten zoals filters en isolatoren worden toegevoegd. De isolatie van een goed ontworpen 3dB-brug kan meer dan 33dB bedragen.
De richtingskoppelaar wordt gebruikt in energiecombinatiesysteem één.
Het directionele geulgebied als een andere toepassing van vermogenscombinatie wordt weergegeven in figuur (a) hieronder. In dit circuit is de richtingsgevoeligheid van de directionele koppelaar slim toegepast. Ervan uitgaande dat de koppelingsgraad van beide koppelaars 10 dB is en de richtingsgevoeligheid beide 25 dB, is de isolatie tussen de uiteinden f1 en f2 45 dB. Als de ingangen van f1 en f2 beide 0 dBm zijn, is de gecombineerde uitgang beide -10 dBm. Vergeleken met de Wilkinson-koppelaar in figuur (b) hieronder (met een typische isolatiewaarde van 20 dB), is er bij hetzelfde ingangssignaal van 0 dBm na synthese -3 dBm (zonder rekening te houden met het invoegverlies). Vergeleken met de situatie tussen de monsters, verhogen we het ingangssignaal in figuur (a) met 7 dB, zodat de uitgang overeenkomt met figuur (b). Op dit moment neemt de isolatie tussen f1 en f2 in figuur (a) af tot 38 dB. Het uiteindelijke vergelijkingsresultaat is dat de vermogenssynthesemethode van de richtingskoppelaar 18 dB hoger is dan die van de Wilkinson-koppelaar. Dit schema is geschikt voor de intermodulatiemeting van tien versterkers.
In energiecombinatiesysteem 2 wordt een richtingskoppelaar gebruikt.
2, gebruikt voor het meten van de anti-interferentie van de ontvanger of voor het meten van valse signalen.
In RF-test- en meetsystemen is vaak het circuit te zien dat in de onderstaande afbeelding wordt weergegeven. Stel dat het te testen apparaat (DUT) een ontvanger is. In dat geval kan een interferentiesignaal van een aangrenzend kanaal in de ontvanger worden geïnjecteerd via het koppelingseinde van de richtingskoppelaar. Vervolgens kan een geïntegreerde tester, die via de richtingskoppelaar is aangesloten, de weerstand van de ontvanger tegen duizendste-kanaalsinterferentie testen. Als het te testen apparaat een mobiele telefoon is, kan de zender van de telefoon worden ingeschakeld door een uitgebreide tester die is aangesloten op het koppelingseinde van de richtingskoppelaar. Vervolgens kan een spectrumanalysator worden gebruikt om de ongewenste signalen van de telefoon te meten. Uiteraard moeten er filtercircuits vóór de spectrumanalysator worden geplaatst. Omdat dit voorbeeld alleen de toepassing van richtingskoppelaars behandelt, wordt het filtercircuit weggelaten.
De richtingskoppelaar wordt gebruikt voor het meten van interferentie of ongewenste hoogteverschillen bij de ontvanger van een mobiele telefoon.
In dit testcircuit is de richtingsgevoeligheid van de richtingskoppelaar erg belangrijk. De spectrumanalysator die op de doorvoerzijde is aangesloten, wil alleen het signaal van het te testen apparaat ontvangen en niet het wachtwoord van de koppelingszijde.
3, voor signaalbemonstering en -monitoring
Online meting en monitoring van zenders is een van de meest gebruikte toepassingen van richtingskoppelaars. De volgende afbeelding toont een typische toepassing van richtingskoppelaars voor het meten van cellulaire basisstations. Stel dat het uitgangsvermogen van de zender 43 dBm (20 W) is, de koppelingscapaciteit van de richtingskoppelaar 30 dB en het invoegverlies (lijnverlies plus koppelingsverlies) 0,15 dB. Aan het koppelingseinde wordt een signaal van 13 dBm (20 mW) naar de basisstationtester gestuurd, het directe uitgangsvermogen van de richtingskoppelaar is 42,85 dBm (19,3 W) en het lekvermogen aan de geïsoleerde zijde wordt door een belasting geabsorbeerd.
De richtingskoppelaar wordt gebruikt voor metingen in het basisstation.
Vrijwel alle zenders gebruiken deze methode voor online sampling en monitoring, en wellicht is dit de enige methode die de prestatietest van de zender onder normale bedrijfsomstandigheden kan garanderen. Het is echter belangrijk om te benadrukken dat bij elke zendertest de specifieke behoeften verschillen. Neem bijvoorbeeld WCDMA-basisstations: operators moeten letten op indicatoren in hun werkfrequentieband (2110~2170 MHz), zoals signaalkwaliteit, vermogen binnen het kanaal, vermogen van aangrenzende kanalen, enzovoort. Fabrikanten installeren daarom aan de uitgang van het basisstation een smalbandige (bijvoorbeeld 2110~2170 MHz) directionele koppelaar om de werking van de zender binnen de band te bewaken en deze gegevens continu naar de controlekamer te sturen.
Als het de toezichthouder van het radiofrequentiespectrum betreft – het radiomonitoringsstation dat de indicatoren van softbasestations test – ligt de focus volledig anders. Volgens de specificaties voor radiobeheer is het testfrequentiebereik uitgebreid tot 9 kHz ~ 12,75 GHz, en het geteste basisstation heeft een zeer breed frequentiebereik. Hoeveel ongewenste straling wordt er in deze frequentieband gegenereerd en hoeveel interferentie kan dit veroorzaken met de normale werking van andere basisstations? Dit is een zorg voor radiomonitoringsstations. In dit geval is een richtingskoppelaar met dezelfde bandbreedte nodig voor signaalbemonstering, maar een richtingskoppelaar die 9 kHz ~ 12,75 GHz kan bestrijken, lijkt niet te bestaan. We weten dat de lengte van de koppelingsarm van een richtingskoppelaar gerelateerd is aan de middenfrequentie. De bandbreedte van een ultrabreedbandrichtingskoppelaar kan 5-6 octaafbanden bestrijken, zoals 0,5-18 GHz, maar de frequentieband onder 500 MHz kan hiermee niet worden gedekt.
4. Online vermogensmeting
Bij doorvoermetingen van vermogen is de richtingskoppelaar een cruciaal onderdeel. De volgende afbeelding toont het schema van een typisch doorvoermeetsysteem voor hoog vermogen. Het voorwaartse vermogen van de te testen versterker wordt gemeten door de voorwaartse koppelingsaansluiting (aansluiting 3) van de richtingskoppelaar en naar de vermogensmeter gestuurd. Het gereflecteerde vermogen wordt gemeten door de omgekeerde koppelingsaansluiting (aansluiting 4) en naar de vermogensmeter gestuurd.
Een richtingskoppelaar wordt gebruikt voor metingen met hoog vermogen.
Let op: Naast het gereflecteerde vermogen van de belasting ontvangt de omgekeerde koppelingsaansluiting (aansluiting 4) ook lekvermogen vanuit de voorwaartse richting (aansluiting 1), veroorzaakt door de richtingsgevoeligheid van de richtingskoppelaar. De tester hoopt de gereflecteerde energie te meten, en het lekvermogen is de belangrijkste bron van fouten bij de meting van het gereflecteerde vermogen. Het gereflecteerde vermogen en het lekvermogen worden gesuperponeerd aan de omgekeerde koppelingszijde (aansluiting 4) en vervolgens naar de vermogensmeter gestuurd. Omdat de transmissiepaden van de twee signalen verschillen, is er sprake van vectorsuperpositie. Als het lekvermogen dat naar de vermogensmeter wordt gestuurd, wordt vergeleken met het gereflecteerde vermogen, leidt dit tot een aanzienlijke meetfout.
Uiteraard zal het gereflecteerde vermogen van de belasting (uiteinde 2) ook weglekken naar het voorwaartse koppelingsuiteinde (uiteinde 1, niet weergegeven in de bovenstaande afbeelding). De omvang hiervan is echter minimaal in vergelijking met het voorwaartse vermogen, dat de voorwaartse sterkte meet. De resulterende fout kan worden verwaarloosd.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., gevestigd in Beijing Zhongguancun, ook wel bekend als "Silicon Valley", is een hightechbedrijf dat zich richt op het ondersteunen van binnenlandse en buitenlandse onderzoeksinstellingen, universiteiten en wetenschappelijk personeel van bedrijven. Ons bedrijf houdt zich voornamelijk bezig met de onafhankelijke ontwikkeling, het ontwerp, de productie en de verkoop van opto-elektronische producten en biedt innovatieve oplossingen en professionele, gepersonaliseerde diensten aan wetenschappelijk onderzoekers en industriële ingenieurs. Na jaren van onafhankelijke innovatie heeft het bedrijf een uitgebreid en perfect assortiment foto-elektrische producten ontwikkeld, die op grote schaal worden gebruikt in de gemeentelijke sector, defensie, transport, energiesector, financiële sector, onderwijs, medische sector en andere industrieën.
Wij kijken uit naar een samenwerking met u!
Geplaatst op: 20 april 2023