Направленные ответвители являются стандартными компонентами микроволновых/миллиметровых волн в микроволновых измерениях и других микроволновых системах. Они могут использоваться для изоляции, разделения и смешивания сигналов, например, для контроля мощности, стабилизации выходной мощности источника, изоляции источника сигнала, тестирования с разверткой частоты передачи и отражения и т. д. Это направленный микроволновый делитель мощности, и он является незаменимым компонентом в современных рефлектометрах с разверткой частоты. Обычно существует несколько типов, таких как волновод, коаксиальная линия, полосковая линия и микрополосковая линия.
Рисунок 1 представляет собой схематическое изображение конструкции. Она включает в себя две основные части: основную и вспомогательную линии, соединенные между собой различными видами 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 суперпозиции волн мощность будет передаваться по вторичной линии только в одном направлении (называемом «прямым»), а в другом направлении передача мощности практически отсутствует (называемом «обратным»).
На рисунке 2 изображен перекрестный соединитель, один из портов которого подключен к встроенной согласующей нагрузке.
Применение направленного ответвителя
1. для системы синтеза энергии
Направленный ответвитель 3 дБ (обычно называемый мостом 3 дБ) обычно используется в системах синтеза многоканальной частоты, как показано на рисунке ниже. Такая схема распространена в распределенных системах внутри помещений. После прохождения сигналов f1 и f2 от двух усилителей мощности через направленный ответвитель 3 дБ, выход каждого канала содержит две частотные составляющие f1 и f2, и амплитуда каждой из них уменьшается на 3 дБ. Если один из выходных выводов подключен к поглощающей нагрузке, другой выход может использоваться в качестве источника питания пассивной системы измерения интермодуляционных искажений. Для дальнейшего улучшения изоляции можно добавить такие компоненты, как фильтры и изоляторы. Изоляция хорошо спроектированного моста 3 дБ может превышать 33 дБ.
Направленный ответвитель используется в первой системе объединения сил.
На рисунке (а) ниже показана область направленного ответвления как еще одно применение объединения мощности. В этой схеме направленность направленного ответвителя умело использована. Предполагая, что степень связи обоих ответвителей составляет 10 дБ, а направленность обоих равна 25 дБ, изоляция между концами f1 и f2 составляет 45 дБ. Если входные сигналы f1 и f2 равны 0 дБм, то суммарное выходное значение составляет -10 дБм. По сравнению с ответвителем Уилкинсона на рисунке (b) ниже (его типичное значение изоляции составляет 20 дБ), тот же входной сигнал 0 дБм после синтеза дает -3 дБм (без учета потерь на входе). По сравнению с межкадровым условием, мы увеличиваем входной сигнал на рисунке (а) на 7 дБ, чтобы его выходное значение соответствовало рисунку (b). В этот момент изоляция между f1 и f2 на рисунке (а) «уменьшается» и составляет 38 дБ. Окончательный результат сравнения показывает, что метод синтеза мощности направленного ответвителя на 18 дБ выше, чем у ответвителя Уилкинсона. Эта схема подходит для измерения интермодуляционных искажений десяти усилителей.
В системе объединения сил 2 используется направленный ответвитель.
2. Используется для измерения помехоустойчивости приемника или измерения паразитных сигналов.
В системах радиочастотного тестирования и измерений часто можно увидеть схему, показанную на рисунке ниже. Предположим, что тестируемое устройство (DUT) — это приемник. В этом случае сигнал помех от соседнего канала может быть введен в приемник через согласующий конец направленного ответвителя. Затем интегральный тестер, подключенный к нему через направленный ответвитель, может проверить сопротивление приемника — его помехоустойчивость. Если DUT — это сотовый телефон, передатчик телефона может быть включен с помощью комплексного тестера, подключенного к согласующему концу направленного ответвителя. Затем можно использовать анализатор спектра для измерения паразитных выходных сигналов телефона. Конечно, перед анализатором спектра следует добавить несколько фильтрующих цепей. Поскольку в этом примере рассматривается только применение направленных ответвителей, фильтрующая цепь опущена.
Направленный ответвитель используется для измерения помех приемника или паразитной высоты сотового телефона.
В этой тестовой схеме направленность ответвителя имеет очень важное значение. Анализатор спектра, подключенный к проходному концу, хочет принимать только сигнал от тестируемого устройства и не хочет получать пароль от ответвительного конца.
3, для отбора и мониторинга сигналов.
Онлайн-измерение и мониторинг передатчика могут быть одним из наиболее распространенных применений направленных ответвителей. На следующем рисунке показано типичное применение направленных ответвителей для измерения параметров базовой станции сотовой связи. Предположим, выходная мощность передатчика составляет 43 дБм (20 Вт), коэффициент связи направленного ответвителя равен 30 дБ, вносимые потери (потери в линии связи плюс потери на связь) составляют 0,15 дБ. На согласующем конце на тестер базовой станции подается сигнал мощностью 13 дБм (20 мВт), прямой выход направленного ответвителя составляет 42,85 дБм (19,3 Вт), а утечка мощности на изолированной стороне поглощается нагрузкой.
Направленный ответвитель используется для измерений на базовой станции.
Практически все передатчики используют этот метод для онлайн-сбора и мониторинга, и, возможно, только этот метод может гарантировать проверку работоспособности передатчика в нормальных условиях эксплуатации. Однако следует отметить, что тест передатчика один и тот же, и у разных тестировщиков разные приоритеты. Взяв в качестве примера базовые станции WCDMA, операторы должны обращать внимание на показатели в рабочем диапазоне частот (2110–2170 МГц), такие как качество сигнала, мощность в канале, мощность в соседнем канале и т. д. Исходя из этого, производители устанавливают на выходе базовой станции узкополосный (например, 2110–2170 МГц) направленный ответвитель для мониторинга условий работы передатчика в полосе частот и передачи данных в центр управления в любое время.
Если речь идёт о регуляторе радиочастотного спектра — станции радиомониторинга, проверяющей показатели программных базовых станций, — то её задача совершенно иная. Согласно требованиям спецификации управления радиосвязью, диапазон тестируемых частот расширен до 9 кГц–12,75 ГГц, и проверяемые базовые станции имеют такой широкий диапазон. Какой объём паразитного излучения будет генерироваться в этом частотном диапазоне и мешать нормальной работе других базовых станций? Это проблема станций радиомониторинга. В настоящее время для выборки сигнала требуется направленный ответвитель с той же полосой пропускания, но направленного ответвителя, способного охватывать диапазон 9 кГц–12,75 ГГц, по-видимому, не существует. Известно, что длина согласующего 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. Измерение мощности в режиме онлайн.
В технологии измерения мощности сквозного типа направленный ответвитель является очень важным устройством. На следующем рисунке показана принципиальная схема типичной системы измерения мощности сквозного типа. Прямая мощность от тестируемого усилителя отбирается прямым ответвлением (клемма 3) направленного ответвителя и подается на измеритель мощности. Отраженная мощность отбирается обратным ответвлением (клемма 4) и подается на измеритель мощности.
Направленный ответвитель используется для измерения высокой мощности.
Обратите внимание: помимо отраженной мощности от нагрузки, клемма обратной связи (клемма 4) также принимает мощность утечки в прямом направлении (клемма 1), что обусловлено направленностью направленного ответвителя. Именно отраженную энергию тестер стремится измерить, а мощность утечки является основным источником ошибок при измерении отраженной мощности. Отраженная и мощность утечки суммируются на клемме обратной связи (клемма 4) и затем передаются на измеритель мощности. Поскольку пути передачи двух сигналов различны, происходит векторная суперпозиция. Если сравнить входную мощность утечки, поступающую на измеритель мощности, с отраженной мощностью, это приведет к значительной ошибке измерения.
Конечно, отраженная мощность от нагрузки (конец 2) также будет просачиваться на конец прямого соединения (конец 1, не показан на рисунке выше). Тем не менее, ее величина минимальна по сравнению с прямой мощностью, которая измеряет прямую силу. Возникающей погрешностью можно пренебречь.
Компания Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в китайской «Кремниевой долине» – районе Чжунгуаньцунь города Пекина, является высокотехнологичным предприятием, ориентированным на обслуживание отечественных и зарубежных научно-исследовательских учреждений, институтов, университетов и научно-исследовательских кадров предприятий. Наша компания занимается в основном самостоятельными исследованиями и разработками, проектированием, производством и продажей оптоэлектронной продукции, предоставляя инновационные решения и профессиональные, персонализированные услуги научным исследователям и инженерам-технологам. За годы самостоятельных инноваций компания сформировала богатый и совершенный ассортимент фотоэлектрической продукции, широко используемой в коммунальном хозяйстве, военной сфере, транспорте, электроэнергетике, финансах, образовании, медицине и других отраслях.
Мы с нетерпением ждём сотрудничества с вами!
Дата публикации: 20 апреля 2023 г.