Los acopladores direccionales son componentes estándar de microondas/ondas milimétricas en la medición de microondas y otros sistemas de microondas. Se utilizan para el aislamiento, la separación y la mezcla de señales, como la monitorización de potencia, la estabilización de la potencia de salida de la fuente, el aislamiento de la fuente de señal, las pruebas de barrido de frecuencia de transmisión y reflexión, etc. Se trata de un divisor de potencia de microondas direccional, un componente indispensable en los reflectómetros de frecuencia de barrido modernos. Generalmente, existen varios tipos, como guías de onda, líneas coaxiales, líneas de banda y microbandas.
La Figura 1 es un diagrama esquemático de la estructura. Consta principalmente de dos partes: la línea principal y la línea auxiliar, conectadas entre sí mediante diversos orificios, ranuras y huecos. Por lo tanto, parte de la potencia de entrada del "1" en el extremo de la línea principal se acoplará a la línea secundaria. Debido a la interferencia o superposición de ondas, la potencia solo se transmitirá a lo largo de la línea secundaria: en una dirección (denominada "directa") y en la otra (denominada "inversa"). Prácticamente no hay transmisión de potencia en un solo sentido (denominada "inversa").
La figura 2 es un acoplador direccional cruzado, uno de los puertos del acoplador está conectado a una carga coincidente incorporada.
Aplicación del acoplador direccional
1, para el sistema de síntesis de energía
Un acoplador direccional de 3dB (comúnmente conocido como puente de 3dB) se utiliza generalmente en un sistema de síntesis de frecuencia multiportadora, como se muestra en la figura a continuación. Este tipo de circuito es común en sistemas distribuidos en interiores. Después de que las señales f1 y f2 de dos amplificadores de potencia pasan a través de un acoplador direccional de 3dB, la salida de cada canal contiene dos componentes de frecuencia f1 y f2, y 3dB reduce la amplitud de cada componente de frecuencia. Si uno de los terminales de salida está conectado a una carga absorbente, la otra salida puede utilizarse como fuente de alimentación del sistema de medición de intermodulación pasiva. Si necesita mejorar aún más el aislamiento, puede agregar algunos componentes como filtros y aisladores. El aislamiento de un puente de 3dB bien diseñado puede ser superior a 33dB.
El acoplador direccional se utiliza en el sistema de combinación de potencia uno.
El área del canal direccional como otra aplicación de la combinación de potencia se muestra en la figura (a) a continuación. En este circuito, la directividad del acoplador direccional se ha aplicado inteligentemente. Suponiendo que los grados de acoplamiento de los dos acopladores son ambos de 10 dB y la directividad es de 25 dB, el aislamiento entre los extremos f1 y f2 es de 45 dB. Si las entradas de f1 y f2 son ambas de 0 dBm, la salida combinada es de -10 dBm. Comparado con el acoplador Wilkinson en la figura (b) a continuación (su valor de aislamiento típico es de 20 dB), la misma señal de entrada de 0 dBm, después de la síntesis, hay -3 dBm (sin considerar la pérdida de inserción). Comparado con la condición entre muestras, aumentamos la señal de entrada en la figura (a) en 7 dB para que su salida sea consistente con la figura (b). En este momento, el aislamiento entre f1 y f2 en la figura (a) disminuye en 38 dB. El resultado final de la comparación es que el método de síntesis de potencia del acoplador direccional es 18 dB superior al del acoplador Wilkinson. Este esquema es adecuado para la medición de intermodulación de diez amplificadores.
Se utiliza un acoplador direccional en el sistema de combinación de potencia 2
2, utilizado para la medición antiinterferente del receptor o medición espuria
En el sistema de prueba y medición de RF, a menudo se puede ver el circuito que se muestra en la figura a continuación. Supongamos que el dispositivo bajo prueba (DUT, por sus siglas en inglés) es un receptor. En ese caso, se puede inyectar una señal de interferencia de canal adyacente en el receptor a través del extremo de acoplamiento del acoplador direccional. Luego, un comprobador integrado conectado a ellos a través del acoplador direccional puede probar la resistencia del receptor (rendimiento de mil interferencias). Si el DUT es un teléfono celular, el transmisor del teléfono se puede activar mediante un comprobador completo conectado al extremo de acoplamiento del acoplador direccional. Luego, se puede usar un analizador de espectro para medir la salida espuria del teléfono de escena. Por supuesto, se deben agregar algunos circuitos de filtro antes del analizador de espectro. Dado que este ejemplo solo analiza la aplicación de los acopladores direccionales, se omite el circuito de filtro.
El acoplador direccional se utiliza para la medición antiinterferencias del receptor o altura espuria del teléfono celular.
En este circuito de prueba, la directividad del acoplador direccional es fundamental. El analizador de espectro conectado al extremo pasante solo recibe la señal del DUT y no la contraseña del extremo de acoplamiento.
3, para muestreo y monitoreo de señales
La medición y el monitoreo en línea del transmisor pueden ser una de las aplicaciones más utilizadas de los acopladores direccionales. La siguiente figura muestra una aplicación típica de acopladores direccionales para la medición de estaciones base celulares. Supongamos que la potencia de salida del transmisor es de 43 dBm (20 W), el acoplamiento del acoplador direccional. La capacidad es de 30 dB, la pérdida de inserción (pérdida de línea más pérdida de acoplamiento) es de 0,15 dB. El extremo del acoplamiento recibe una señal de 13 dBm (20 mW) enviada al probador de la estación base, la salida directa del acoplador direccional es de 42,85 dBm (19,3 W) y la fuga es La potencia en el lado aislado es absorbida por una carga.
El acoplador direccional se utiliza para la medición de la estación base.
Casi todos los transmisores utilizan este método para el muestreo y monitoreo en línea, y quizás solo este método pueda garantizar la prueba de rendimiento del transmisor en condiciones normales de funcionamiento. Sin embargo, cabe destacar que la prueba del transmisor es la misma, y cada probador tiene diferentes requisitos. Por ejemplo, en las estaciones base WCDMA, los operadores deben prestar atención a los indicadores en su banda de frecuencia de trabajo (2110-2170 MHz), como la calidad de la señal, la potencia en el canal, la potencia del canal adyacente, etc. Bajo esta premisa, los fabricantes instalarán en la salida de la estación base un acoplador direccional de banda estrecha (como 2110-2170 MHz) para monitorear las condiciones de funcionamiento del transmisor en banda y enviar la información al centro de control en cualquier momento.
Si se trata del regulador del espectro de radiofrecuencia, la estación de monitoreo de radio para probar los indicadores de la estación base blanda, su enfoque es completamente diferente. De acuerdo con los requisitos de la especificación de gestión de radio, el rango de frecuencia de prueba se extiende a 9 kHz ~ 12,75 GHz, y la estación base probada es muy amplia. ¿Cuánta radiación espuria se generará en la banda de frecuencia e interferirá con el funcionamiento normal de otras estaciones base? Una preocupación de las estaciones de monitoreo de radio. Actualmente, se requiere un acoplador direccional con el mismo ancho de banda para el muestreo de señales, pero no parece existir uno que pueda cubrir 9 kHz ~ 12,75 GHz. Sabemos que la longitud del brazo de acoplamiento de un acoplador direccional está relacionada con su frecuencia central. El ancho de banda de un acoplador direccional de banda ultraancha puede alcanzar bandas de 5 a 6 octavas, como 0,5 a 18 GHz, pero no puede cubrir la banda de frecuencia por debajo de 500 MHz.
4, medición de potencia en línea
En la tecnología de medición de potencia de paso, el acoplador direccional es un dispositivo crucial. La siguiente figura muestra el diagrama esquemático de un sistema típico de medición de alta potencia de paso. La potencia directa del amplificador en prueba se muestrea mediante el extremo de acoplamiento directo (terminal 3) del acoplador direccional y se envía al medidor de potencia. La potencia reflejada se muestrea mediante el terminal de acoplamiento inverso (terminal 4) y se envía al medidor de potencia.
Se utiliza un acoplador direccional para la medición de alta potencia.
Nota: Además de recibir la potencia reflejada de la carga, el terminal de acoplamiento inverso (terminal 4) también recibe potencia de fuga del terminal directo (terminal 1), causada por la directividad del acoplador direccional. El comprobador busca medir la energía reflejada, y la potencia de fuga es la principal fuente de errores en la medición de potencia reflejada. La potencia reflejada y la potencia de fuga se superponen en el extremo de acoplamiento inverso (4 extremos) y se envían al medidor de potencia. Dado que las rutas de transmisión de ambas señales son diferentes, se trata de una superposición vectorial. Si la potencia de fuga que entra al medidor de potencia se compara con la potencia reflejada, se producirá un error de medición significativo.
Por supuesto, la potencia reflejada de la carga (extremo 2) también se filtrará al extremo de acoplamiento delantero (extremo 1, no mostrado en la figura anterior). Aun así, su magnitud es mínima en comparación con la potencia delantera, que mide la fuerza delantera. El error resultante puede ignorarse.
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Hora de publicación: 20 de abril de 2023