Направленные ответвители являются стандартными компонентами микроволнового/миллиметрового диапазона в микроволновых измерениях и других микроволновых системах. Их можно использовать для изоляции, разделения и смешивания сигналов, таких как контроль мощности, стабилизация выходной мощности источника, изоляция источника сигнала, проверка частоты передачи и отражения и т. д. Это направленный делитель микроволновой мощности, который является незаменимым компонентом. в современных рефлектометрах с качающейся частотой. Обычно существует несколько типов, таких как волновод, коаксиальная линия, полосковая линия и микрополосковая линия.
На рисунке 1 представлена принципиальная схема конструкции. В основном он состоит из двух частей: основной и вспомогательной, которые соединены друг с другом посредством различных по форме небольших отверстий, щелей и зазоров. Таким образом, часть входной мощности от «1» на конце основной линии будет передаваться на вторичную линию. Из-за интерференции или наложения волн мощность будет передаваться только по вторичной линии – в одном направлении (называемом «прямым»), а в другом – в одном порядке передача мощности практически отсутствует (называемом «обратным»)
На рисунке 2 показан перекрестный соединитель, один из портов соединителя подключен к встроенной согласующей нагрузке.
Применение направленного ответвителя
1, для системы синтеза энергии
Направленный ответвитель 3 дБ (широко известный как мост 3 дБ) обычно используется в системе синтеза частот с несколькими несущими, как показано на рисунке ниже. Этот тип схемы распространен во внутренних распределенных системах. После того, как сигналы f1 и f2 от двух усилителей мощности проходят через направленный ответвитель 3 дБ, выход каждого канала содержит две частотные составляющие f1 и f2, а амплитуда каждой частотной составляющей снижается на 3 дБ. Если одна из выходных клемм подключена к поглощающей нагрузке, другой выход можно использовать в качестве источника питания пассивной системы измерения интермодуляции. Если вам необходимо дополнительно улучшить изоляцию, вы можете добавить некоторые компоненты, такие как фильтры и изоляторы. Изоляция хорошо спроектированного моста 3 дБ может составлять более 33 дБ.
Направленный ответвитель используется в первой системе объединения мощности.
Область направленного оврага как еще одно применение объединения сил показана на рисунке (а) ниже. В этой схеме умело применена направленность направленного ответвителя. Если предположить, что степень связи двух ответвителей равна 10 дБ, а направленность обоих — 25 дБ, изоляция между концами f1 и f2 составит 45 дБ. Если входы f1 и f2 оба равны 0 дБм, общий выходной сигнал обоих равен -10 дБм. По сравнению с ответвителем Уилкинсона на рисунке (b) ниже (его типичное значение изоляции составляет 20 дБ), тот же входной сигнал OdBm после синтеза составляет -3 дБм (без учета вносимых потерь). По сравнению с межвыборочным условием мы увеличиваем входной сигнал на рисунке (a) на 7 дБ, чтобы его выходной сигнал соответствовал рисунку (b). В это время развязка между f1 и f2 на рисунке (а) «уменьшается» и составляет 38 дБ. Окончательный результат сравнения заключается в том, что метод синтеза мощности направленного ответвителя на 18 дБ выше, чем у ответвителя Уилкинсона. Эта схема подходит для измерения интермодуляции десяти усилителей.
В системе суммирования мощности 2 используется направленный ответвитель.
2, используется для измерения помех приемника или измерения побочных эффектов
В ВЧ контрольно-измерительной системе часто можно увидеть схему, показанную на рисунке ниже. Предположим, что DUT (тестируемое устройство или оборудование) является приемником. В этом случае сигнал помех соседнего канала может быть введен в приемник через соединительный конец направленного ответвителя. Затем встроенный тестер, подключенный к ним через направленный ответвитель, может проверить сопротивление приемника — производительность в тысячах помех. Если тестируемое устройство представляет собой сотовый телефон, передатчик телефона можно включить с помощью комплексного тестера, подключенного к соединительному концу направленного ответвителя. Затем можно использовать анализатор спектра для измерения паразитных выходных сигналов телефона сцены. Конечно, перед анализатором спектра следует добавить несколько схем фильтров. Поскольку в этом примере обсуждается только применение направленных ответвителей, схема фильтра опущена.
Направленный ответвитель используется для измерения помех приемника или ложной высоты сотового телефона.
В этой тестовой схеме направленность направленного ответвителя очень важна. Анализатор спектра, подключенный к проходному концу, хочет получать только сигнал от тестируемого устройства и не хочет получать пароль от соединительного конца.
3, для выборки и мониторинга сигнала
Онлайн-измерение и мониторинг передатчика могут быть одним из наиболее широко используемых применений направленных ответвителей. На следующем рисунке показано типичное применение направленных ответвителей для измерения базовой станции сотовой связи. Предположим, что выходная мощность передатчика составляет 43 дБм (20 Вт), связь направленного ответвителя. Емкость составляет 30 дБ, вносимые потери (линейные потери плюс потери связи) — 0,15 дБ. На конце муфты передается сигнал мощностью 13 дБм (20 мВт), передаваемый на тестер базовой станции, прямой выходной сигнал направленного ответвителя составляет 42,85 дБм (19,3 Вт), а утечка составляет мощность на изолированной стороне, поглощаемую нагрузкой.
Направленный ответвитель используется для измерения базовой станции.
Почти все передатчики используют этот метод для онлайн-отбора проб и мониторинга, и, возможно, только этот метод может гарантировать проверку работоспособности передатчика в нормальных рабочих условиях. Но следует отметить, что тест передатчика один и тот же, и у разных тестеров разные проблемы. Взяв в качестве примера базовые станции WCDMA, операторы должны обращать внимание на показатели в их рабочем диапазоне частот (2110–2170 МГц), такие как качество сигнала, мощность в канале, мощность соседнего канала и т. д. При этом производители будут устанавливать выходной конец базовой станции. Узкополосный (например, 2110–2170 МГц) направленный ответвитель для мониторинга внутриполосных условий работы передатчика и отправки его в центр управления в любое время.
Если это регулятор радиочастотного спектра — станция радиомониторинга для проверки индикаторов программных базовых станций, то ее направленность совершенно иная. В соответствии с требованиями спецификации управления радиосвязью, тестовый диапазон частот расширен до 9 кГц ~ 12,75 ГГц, а тестируемая базовая станция настолько широка. Сколько побочного излучения будет генерироваться в полосе частот и мешать нормальной работе других базовых станций? Проблема станций радиоконтроля. В настоящее время для дискретизации сигнала требуется направленный ответвитель с той же полосой пропускания, но направленного ответвителя, который может охватывать диапазон от 9 кГц до 12,75 ГГц, похоже, не существует. Мы знаем, что длина соединительного плеча направленного ответвителя связана с его центральной частотой. Полоса пропускания сверхширокополосного направленного ответвителя может достигать 5–6 октавных полос, например 0,5–18 ГГц, но полоса частот ниже 500 МГц не может быть охвачена.
4, онлайн-измерение мощности
В технологии измерения мощности проходного типа направленный ответвитель является очень важным устройством. На следующем рисунке показана принципиальная схема типичной проходной системы измерения большой мощности. Прямая мощность тестируемого усилителя снимается со стороны прямой связи (клемма 3) направленного ответвителя и отправляется на измеритель мощности. Отраженная мощность измеряется клеммой обратной связи (клемма 4) и отправляется на измеритель мощности.
Направленный ответвитель используется для измерения высокой мощности.
Обратите внимание: помимо получения отраженной мощности от нагрузки, клемма обратной связи (клемма 4) также получает мощность утечки в прямом направлении (клемма 1), что обусловлено направленностью направленного ответвителя. Отраженная энергия – это то, что тестер надеется измерить, а мощность утечки является основным источником ошибок при измерении отраженной мощности. Отраженная мощность и мощность утечки накладываются на конец обратной связи (4 конца) и затем отправляются на измеритель мощности. Поскольку пути передачи двух сигналов различны, это векторная суперпозиция. Если мощность утечки, входящую в измеритель мощности, можно сравнить с отраженной мощностью, это приведет к значительной ошибке измерения.
Конечно, отраженная мощность от нагрузки (конец 2) также будет просачиваться на конец передней муфты (конец 1, не показан на рисунке выше). Тем не менее, ее величина минимальна по сравнению с силой переднего удара, которая измеряет силу вперед. Полученную ошибку можно игнорировать.
Компания Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в «Силиконовой долине» Китая – Пекин Чжунгуаньцунь, является высокотехнологичным предприятием, специализирующимся на обслуживании отечественных и зарубежных исследовательских институтов, исследовательских институтов, университетов и научно-исследовательского персонала предприятий. Наша компания в основном занимается независимыми исследованиями и разработками, проектированием, производством и продажей оптоэлектронной продукции, а также предоставляет инновационные решения и профессиональные персонализированные услуги для научных исследователей и промышленных инженеров. После многих лет независимых инноваций компания сформировала богатую и совершенную серию фотоэлектрических продуктов, которые широко используются в муниципальной, военной, транспортной, электроэнергетической, финансовой, образовательной, медицинской и других отраслях.
Мы надеемся на сотрудничество с вами!
Время публикации: 20 апреля 2023 г.