Los acopladores direccionales son componentes estándar de microondas/ondas milimétricas en mediciones de microondas y otros sistemas de microondas. Se pueden utilizar para aislamiento, separación y mezcla de señales, como monitoreo de potencia, estabilización de potencia de salida de fuente, aislamiento de fuente de señal, prueba de barrido de frecuencia de transmisión y reflexión, etc. Es un divisor de potencia de microondas direccional y es un componente indispensable. en los reflectómetros de frecuencia barrida modernos. Por lo general, existen varios tipos, como guía de ondas, línea coaxial, línea de banda y microcinta.
La figura 1 es un diagrama esquemático de la estructura. Incluye principalmente dos partes, la línea principal y la línea auxiliar, que se acoplan entre sí a través de diversas formas de pequeños agujeros, hendiduras y espacios. Por lo tanto, parte de la entrada de energía 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 (llamada "hacia adelante") y en la otra. Casi no hay transmisión de potencia en un orden (llamada "inversa")
La Figura 2 es un acoplador transversal; uno de los puertos del acoplador está conectado a una carga coincidente incorporada.
Aplicación del acoplador direccional
1, para sistema de síntesis de energía
Un acoplador direccional de 3 dB (comúnmente conocido como puente de 3 dB) se suele utilizar en un sistema de síntesis de frecuencia multiportadora, como se muestra en la siguiente figura. Este tipo de circuito es común en sistemas distribuidos de interior. Después de que las señales f1 y f2 de dos amplificadores de potencia pasan a través de un acoplador direccional de 3 dB, la salida de cada canal contiene dos componentes de frecuencia f1 y f2, y 3 dB reduce la amplitud de cada componente de frecuencia. Si uno de los terminales de salida está conectado a una carga absorbente, la otra salida se puede utilizar 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 barranco direccional como otra aplicación de combinación de energía se muestra en la figura (a) a continuación. En este circuito, se ha aplicado inteligentemente la directividad del acoplador direccional. Suponiendo que los grados de acoplamiento de los dos acopladores son ambos de 10 dB y la directividad es ambos 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 ambas de -10 dBm. En comparación con el acoplador Wilkinson en la figura (b) a continuación (su valor de aislamiento típico es 20 dB), la misma señal de entrada de OdBm, después de la síntesis, tiene -3 dBm (sin considerar la pérdida de inserción). En comparación 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” “es de 38 dB. El resultado final de la comparación es que el método de síntesis de potencia del acoplador direccional es 18 dB más alto que el del acoplador Wilkinson. Este esquema es adecuado para la medida de intermodulación de diez amplificadores.
Se utiliza un acoplador direccional en el sistema de combinación de potencia 2.
2, utilizado para medición antiinterferencia 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 siguiente. Supongamos que el DUT (dispositivo o equipo bajo prueba) 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 probador 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 encender mediante un probador completo conectado al extremo del acoplador direccional. Luego se puede utilizar 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 acopladores direccionales, se omite el circuito de filtro.
El acoplador direccional se utiliza para la medición antiinterferencias del receptor o la altura espuria del teléfono celular.
En este circuito de prueba, la directividad del acoplador direccional es muy importante. El analizador de espectro conectado al extremo directo solo quiere recibir la señal del DUT y no quiere recibir la contraseña del extremo del 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 acopladores direccionales. La siguiente figura es una aplicación típica de acopladores direccionales para 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 tiene 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 estaciones 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 trabajo. Pero cabe señalar que la prueba del transmisor es la misma y diferentes evaluadores tienen diferentes preocupaciones. Tomando como ejemplo las estaciones base WCDMA, los operadores deben prestar atención a los indicadores en su banda de frecuencia de trabajo (2110~2170MHz), como calidad de la señal, potencia en el canal, potencia del canal adyacente, etc. Bajo esta premisa, los fabricantes instalarán en el extremo de salida de la estación base. Un acoplador direccional de banda estrecha (como 2110~2170MHz) para monitorear las condiciones de trabajo dentro de banda del transmisor y enviarlo al centro de control en cualquier momento.
Si es el regulador del espectro de radiofrecuencia, la estación de monitoreo de radio, la que prueba los indicadores suaves de la estación base, su enfoque es completamente diferente. De acuerdo con los requisitos de las especificaciones de gestión de radio, el rango de frecuencia de prueba se amplía 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. En este momento, se requiere un acoplador direccional con el mismo ancho de banda para el muestreo de señales, pero no parece existir un acoplador direccional 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 se 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 tipo pasante, el acoplador direccional es un dispositivo muy crítico. La siguiente figura muestra el diagrama esquemático de un sistema de medición de alta potencia de paso típico. La potencia directa del amplificador bajo prueba es muestreada por el extremo del acoplamiento directo (terminal 3) del acoplador direccional y enviada al medidor de potencia. La potencia reflejada es muestreada por el terminal de acoplamiento inverso (terminal 4) y enviada al medidor de potencia.
Se utiliza un acoplador direccional para mediciones de alta potencia.
Tenga en cuenta: Además de recibir la potencia reflejada de la carga, el terminal de acoplamiento inverso (terminal 4) también recibe potencia de fuga de la dirección directa (terminal 1), que es causada por la directividad del acoplador direccional. La energía reflejada es lo que el probador espera medir, y la potencia de fuga es la principal fuente de errores en la medición de la potencia reflejada. La potencia reflejada y la potencia de fuga se superponen en el extremo del acoplamiento inverso (4 extremos) y luego se envían al medidor de potencia. Dado que las rutas de transmisión de las dos señales son diferentes, se trata de una superposición vectorial. Si la potencia de fuga de entrada al medidor de potencia se puede comparar 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 del acoplamiento delantero (extremo 1, no se muestra en la figura anterior). Aun así, su magnitud es mínima en comparación con la potencia delantera, que mide la fuerza delantera. El error resultante se puede ignorar.
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Hora de publicación: 20-abr-2023