Спрямовані відгалужувачі є стандартними компонентами мікрохвильового/міліметрового діапазону в мікрохвильових вимірюваннях та інших мікрохвильових системах. Вони можуть використовуватися для ізоляції, розділення та змішування сигналів, таких як моніторинг потужності, стабілізація вихідної потужності джерела, ізоляція джерела сигналу, тестування частоти передачі та відбиття тощо. Це спрямований дільник потужності мікрохвильового діапазону, який є незамінним компонентом у сучасних рефлектометрах зі змінною частотою. Зазвичай існує кілька типів, таких як хвилевід, коаксіальна лінія, смужкова лінія та мікросмужкова лінія.
На рисунку 1 зображено принципову схему структури. Вона складається з двох частин: основної лінії та допоміжної лінії, які з'єднані одна з одною через різні форми невеликих отворів, щілин та зазорів. Таким чином, частина потужності, що надходить від «1» на кінці основної лінії, буде передаватися на вторинну лінію. Через інтерференцію або суперпозицію хвиль потужність буде передаватися лише вздовж вторинної лінії – в одному напрямку (так званий «прямий»), а в іншому – в іншому. В одному напрямку (так званий «зворотний») передача потужності майже відсутня.
На рисунку 2 зображено перехресно-направлений відгалужувач, один з портів якого підключено до вбудованого узгоджувального навантаження.
Застосування спрямованого відгалужувача
1, для системи синтезу потужності
Спрямований відгалужувач на 3 дБ (широко відомий як міст на 3 дБ) зазвичай використовується в системі синтезу багатоканальної частоти, як показано на малюнку нижче. Такий тип схеми поширений у розподілених системах для внутрішніх приміщень. Після того, як сигнали f1 та f2 від двох підсилювачів потужності проходять через спрямований відгалужувач на 3 дБ, вихід кожного каналу містить дві частотні складові f1 та f2, і 3 дБ зменшує амплітуду кожної частотної складової. Якщо один з вихідних терміналів підключено до поглинаючого навантаження, інший вихід можна використовувати як джерело живлення пасивної системи вимірювання інтермодуляції. Якщо потрібно додатково покращити ізоляцію, можна додати деякі компоненти, такі як фільтри та ізолятори. Ізоляція добре спроектованого мосту на 3 дБ може перевищувати 33 дБ.
Спрямований відгалужувач використовується в системі об'єднання потужності один.
Область спрямованого каналу як ще одне застосування об'єднання потужності показано на рисунку (a) нижче. У цій схемі спрямованість спрямованого відгалужувача застосована розумно. Припускаючи, що ступені зв'язку обох відгалужувачів становлять 10 дБ, а спрямованість — 25 дБ, ізоляція між кінцями f1 та f2 становить 45 дБ. Якщо входи f1 та f2 дорівнюють 0 дБм, то сумарний вихідний сигнал становить -10 дБм. Порівняно з відгалужувачем Уілкінсона на рисунку (b) нижче (його типове значення ізоляції становить 20 дБ), той самий вхідний сигнал OdBm після синтезу становить -3 дБм (без урахування втрат на внесення). Порівняно з умовою міжвибіркового розподілу, ми збільшуємо вхідний сигнал на рисунку (a) на 7 дБ, щоб його вихідний сигнал відповідав рисунку (b). У цей час ізоляція між f1 та f2 на рисунку (a) «зменшується» на 38 дБ. Кінцевий результат порівняння полягає в тому, що метод синтезу потужності спрямованого відгалужувача на 18 дБ вищий, ніж у відгалужувача Вілкінсона. Ця схема підходить для вимірювання інтермодуляції десяти підсилювачів.
У системі об'єднання потужності 2 використовується спрямований відгалужувач
2, використовується для вимірювання перешкод приймача або вимірювання побічних сигналів
У системі радіочастотних випробувань та вимірювань часто можна побачити схему, показану на рисунку нижче. Припустимо, що тестований пристрій (випробуваний пристрій або обладнання) є приймачем. У цьому випадку сигнал перешкоди сусіднього каналу може бути поданий у приймач через з'єднувальний кінець спрямованого відгалужувача. Потім інтегрований тестер, підключений до них через спрямований відгалужувач, може перевірити опір приймача — характеристики тисячі перешкод. Якщо тестований пристрій є стільниковим телефоном, передавач телефону можна ввімкнути комплексним тестером, підключеним до з'єднувального кінця спрямованого відгалужувача. Потім для вимірювання паразитних виходів телефону можна використовувати аналізатор спектру. Звичайно, деякі схеми фільтрів слід додати перед аналізатором спектру. Оскільки в цьому прикладі розглядається лише застосування спрямованих відгалужувачів, схема фільтра опускається.
Спрямований відгалужувач використовується для вимірювання перешкод приймача або паразитної висоти стільникового телефону.
У цій тестовій схемі спрямованість спрямованого відгалужувача є дуже важливою. Аналізатор спектру, підключений до прохідного кінця, хоче приймати лише сигнал від випробуваного пристрою та не хоче отримувати пароль від відгалужувача.
3, для вибірки та моніторингу сигналу
Онлайн-вимірювання та моніторинг передавача можуть бути одним із найпоширеніших застосувань спрямованих відгалужувачів. На наступному рисунку показано типове застосування спрямованих відгалужувачів для вимірювання базових станцій стільникового зв'язку. Припустимо, що вихідна потужність передавача становить 43 дБм (20 Вт), коефіцієнт витоку спрямованого відгалужувача становить 30 дБ, а внесені втрати (втрати в лінії плюс втрати на відгалуженні) становлять 0,15 дБ. Зі сторони відгалужувача надсилається сигнал 13 дБм (20 мВт) на тестер базової станції, прямий вихід спрямованого відгалужувача становить 42,85 дБм (19,3 Вт), а витік становить... Потужність на ізольованій стороні поглинається навантаженням.
Спрямований відгалужувач використовується для вимірювання базової станції.
Майже всі передавачі використовують цей метод для онлайн-вибірки та моніторингу, і, мабуть, тільки цей метод може гарантувати перевірку продуктивності передавача за нормальних робочих умов. Однак слід зазначити, що тестування передавача відбувається однаково, і різні тестувальники мають різні проблеми. Взявши за приклад базові станції WCDMA, оператори повинні звертати увагу на показники в їхньому робочому діапазоні частот (2110~2170 МГц), такі як якість сигналу, потужність у каналі, потужність у сусідньому каналі тощо. Відповідно до цієї передумови, виробники встановлюють на вихідному кінці базової станції вузькосмуговий (наприклад, 2110~2170 МГц) спрямований відгалужувач для контролю робочих умов передавача в діапазоні та надсилання його до центру керування в будь-який час.
Якщо ж регулятор радіочастотного спектру – станція радіомоніторингу – перевіряє індикатори м’яких базових станцій, то її фокус зовсім інший. Згідно зі специфікаціями радіоменеджменту, діапазон тестових частот розширено до 9 кГц ~ 12,75 ГГц, і тестована базова станція є настільки широкою. Скільки побічного випромінювання буде генеруватися в смузі частот і перешкоджатиме нормальній роботі інших базових станцій? Це питання хвилює станції радіомоніторингу. Наразі для дискретизації сигналу потрібен спрямований відгалужувач з такою ж смугою пропускання, але спрямованого відгалужувача, який може охоплювати діапазон 9 кГц ~ 12,75 ГГц, здається, не існує. Ми знаємо, що довжина плеча відгалужувача спрямованого відгалужувача пов’язана з його центральною частотою. Смуга пропускання надширокосмугового спрямованого відгалужувача може досягати 5-6 октавних смуг, таких як 0,5-18 ГГц, але смугу частот нижче 500 МГц не можна охопити.
4, онлайн-вимірювання потужності
У технології вимірювання потужності наскрізного типу спрямований відгалужувач є дуже важливим пристроєм. На наступному рисунку показано принципову схему типової наскрізної системи вимірювання високої потужності. Пряма потужність від тестованого підсилювача вибірково береться за допомогою клеми прямого відгалуження (клема 3) спрямованого відгалужувача та надсилається на вимірювач потужності. Відбита потужність вибірково береться за допомогою клеми зворотного відгалуження (клема 4) та надсилається на вимірювач потужності.
Для вимірювання високої потужності використовується спрямований відгалужувач.
Зверніть увагу: Окрім отримання відбитої потужності від навантаження, термінал зворотного зв'язку (термінал 4) також отримує потужність витоку з прямого напрямку (термінал 1), що зумовлено спрямованістю спрямованого розгалужувача. Тестер сподівається виміряти саме відбиту енергію, а потужність витоку є основним джерелом похибок у вимірюванні відбитої потужності. Відбита потужність та потужність витоку накладаються на кінці зворотного зв'язку (4 кінці), а потім надсилаються на вимірювач потужності. Оскільки шляхи передачі двох сигналів різні, це векторна суперпозиція. Якщо потужність витоку, що надходить на вимірювач потужності, порівняти з відбитою потужністю, це призведе до значної похибки вимірювання.
Звичайно, відбита потужність від навантаження (кінець 2) також просочуватиметься до кінця прямого з'єднання (кінець 1, не показаний на рисунку вище). Тим не менш, її величина мінімальна порівняно з прямою потужністю, яка вимірює силу прямого з'єднання. Отриманою похибкою можна знехтувати.
Компанія Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., розташована в китайській «Кремнієвій долині» – Пекін Чжунгуаньцунь, – це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на обслуговуванні вітчизняних та іноземних дослідницьких установ, інститутів, університетів та науково-дослідного персоналу підприємств. Наша компанія в основному займається незалежними дослідженнями та розробками, проектуванням, виробництвом, продажем оптоелектронної продукції, а також надає інноваційні рішення та професійні, персоналізовані послуги науковцям-дослідникам та промисловим інженерам. Після років незалежних інновацій вона створила багату та досконалу серію фотоелектричних продуктів, які широко використовуються в муніципальній, військовій, транспортній, електроенергетичній, фінансовій, освітній, медичній та інших галузях промисловості.
Ми з нетерпінням чекаємо на співпрацю з вами!
Час публікації: 20 квітня 2023 р.