Οι κατευθυντικοί ζεύκτες είναι τυπικά εξαρτήματα μικροκυμάτων/χιλιοστομετρικού κύματος σε συστήματα μέτρησης μικροκυμάτων και άλλα συστήματα μικροκυμάτων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απομόνωση, διαχωρισμό και ανάμειξη σήματος, όπως παρακολούθηση ισχύος, σταθεροποίηση ισχύος εξόδου πηγής, απομόνωση πηγής σήματος, δοκιμή σάρωσης συχνότητας μετάδοσης και ανάκλασης κ.λπ. Είναι ένας κατευθυντικός διαχωριστής ισχύος μικροκυμάτων και είναι ένα απαραίτητο εξάρτημα στα σύγχρονα ανακλασόμετρα σάρωσης συχνότητας. Συνήθως, υπάρχουν διάφοροι τύποι, όπως κυματοδηγός, ομοαξονική γραμμή, λωρίδα και μικρολωρίδα.
Το Σχήμα 1 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της δομής. Περιλαμβάνει κυρίως δύο μέρη, την κύρια γραμμή και τη βοηθητική γραμμή, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους μέσω διαφόρων μορφών μικρών οπών, σχισμών και κενών. Επομένως, μέρος της εισόδου ισχύος από το "1" στο άκρο της κύριας γραμμής θα συνδεθεί με τη δευτερεύουσα γραμμή. Λόγω της παρεμβολής ή της υπέρθεσης κυμάτων, η ισχύς θα μεταδίδεται μόνο κατά μήκος της δευτερεύουσας γραμμής - προς τη μία κατεύθυνση (που ονομάζεται "προς τα εμπρός") και προς την άλλη. Δεν υπάρχει σχεδόν καμία μετάδοση ισχύος σε μία σειρά (που ονομάζεται "αντίστροφα").
Το Σχήμα 2 δείχνει έναν διασταυρούμενο σύνδεσμο, όπου μία από τις θύρες του συνδέσμου είναι συνδεδεμένη με ένα ενσωματωμένο αντίστοιχο φορτίο.
Εφαρμογή κατευθυντικού συζεύκτη
1, για σύστημα σύνθεσης ισχύος
Ένας κατευθυντικός ζεύκτης 3dB (κοινώς γνωστός ως γέφυρα 3dB) χρησιμοποιείται συνήθως σε ένα σύστημα σύνθεσης συχνότητας πολλαπλών φορέων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυτό το είδος κυκλώματος είναι συνηθισμένο σε εσωτερικά κατανεμημένα συστήματα. Αφού τα σήματα f1 και f2 από δύο ενισχυτές ισχύος περάσουν μέσω ενός κατευθυντικού ζεύκτη 3dB, η έξοδος κάθε καναλιού περιέχει δύο συνιστώσες συχνότητας f1 και f2, και τα 3dB μειώνουν το πλάτος κάθε συνιστώσας συχνότητας. Εάν ένας από τους ακροδέκτες εξόδου είναι συνδεδεμένος σε ένα απορροφητικό φορτίο, η άλλη έξοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ισχύος του παθητικού συστήματος μέτρησης ενδοδιαμόρφωσης. Εάν χρειάζεται να βελτιώσετε περαιτέρω την απομόνωση, μπορείτε να προσθέσετε ορισμένα εξαρτήματα όπως φίλτρα και μονωτές. Η απομόνωση μιας καλά σχεδιασμένης γέφυρας 3dB μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 33dB.
Ο κατευθυντικός ζεύκτης χρησιμοποιείται στο σύστημα συνδυασμού ισχύος ένα.
Η περιοχή της κατευθυντικής χαράδρας ως μια άλλη εφαρμογή συνδυασμού ισχύος φαίνεται στο σχήμα (α) παρακάτω. Σε αυτό το κύκλωμα, η κατευθυντικότητα του κατευθυντικού ζεύκτη έχει εφαρμοστεί έξυπνα. Υποθέτοντας ότι οι βαθμοί σύζευξης των δύο ζεύκτη είναι και οι δύο 10dB και η κατευθυντικότητα είναι και οι δύο 25dB, η απομόνωση μεταξύ των άκρων f1 και f2 είναι 45dB. Εάν οι είσοδοι του f1 και του f2 είναι και οι δύο 0dBm, η συνδυασμένη έξοδος είναι και οι δύο -10dBm. Σε σύγκριση με τον ζεύκτη Wilkinson στο σχήμα (β) παρακάτω (η τυπική τιμή απομόνωσής του είναι 20dB), το ίδιο σήμα εισόδου OdBm, μετά τη σύνθεση, είναι -3dBm (χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η απώλεια εισαγωγής). Σε σύγκριση με την κατάσταση μεταξύ δειγμάτων, αυξάνουμε το σήμα εισόδου στο σχήμα (α) κατά 7dB έτσι ώστε η έξοδός του να είναι σύμφωνη με το σχήμα (β). Αυτή τη στιγμή, η απομόνωση μεταξύ f1 και f2 στο σχήμα (α) «μειώνεται» και είναι 38 dB. Το τελικό αποτέλεσμα σύγκρισης είναι ότι η μέθοδος σύνθεσης ισχύος του κατευθυντικού ζεύκτη είναι 18dB υψηλότερη από τον ζεύκτη Wilkinson. Αυτό το σχήμα είναι κατάλληλο για τη μέτρηση ενδοδιαμόρφωσης δέκα ενισχυτών.
Ένας κατευθυντικός ζεύκτης χρησιμοποιείται στο σύστημα συνδυασμού ισχύος 2
2, χρησιμοποιείται για μέτρηση παρεμβολών δέκτη ή ψευδή μέτρηση
Στο σύστημα δοκιμών και μετρήσεων RF, συχνά φαίνεται το κύκλωμα που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ας υποθέσουμε ότι το DUT (συσκευή ή εξοπλισμός υπό δοκιμή) είναι ένας δέκτης. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα σήμα παρεμβολής γειτονικού καναλιού μπορεί να εγχυθεί στον δέκτη μέσω του άκρου σύζευξης του κατευθυντικού ζεύκτη. Στη συνέχεια, ένας ενσωματωμένος ελεγκτής συνδεδεμένος σε αυτά μέσω του κατευθυντικού ζεύκτη μπορεί να ελέγξει την αντίσταση του δέκτη - απόδοση χιλιάδων παρεμβολών. Εάν το DUT είναι ένα κινητό τηλέφωνο, ο πομπός του τηλεφώνου μπορεί να ενεργοποιηθεί από έναν ολοκληρωμένο ελεγκτή συνδεδεμένο στο άκρο σύζευξης του κατευθυντικού ζεύκτη. Στη συνέχεια, ένας αναλυτής φάσματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της ψευδούς εξόδου του τηλεφώνου σκηνής. Φυσικά, ορισμένα κυκλώματα φίλτρου θα πρέπει να προστεθούν πριν από τον αναλυτή φάσματος. Δεδομένου ότι αυτό το παράδειγμα ασχολείται μόνο με την εφαρμογή των κατευθυντικών ζεύκτη, το κύκλωμα φίλτρου παραλείπεται.
Ο κατευθυντικός ζεύκτης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση παρεμβολών του δέκτη ή του ψευδούς ύψους του κινητού τηλεφώνου.
Σε αυτό το κύκλωμα δοκιμής, η κατευθυντικότητα του κατευθυντικού ζεύκτη είναι πολύ σημαντική. Ο αναλυτής φάσματος που είναι συνδεδεμένος στο άκρο διέλευσης θέλει να λαμβάνει μόνο το σήμα από το DUT και δεν θέλει να λαμβάνει τον κωδικό πρόσβασης από το άκρο ζεύξης.
3, για δειγματοληψία και παρακολούθηση σήματος
Η μέτρηση και η παρακολούθηση μέσω διαδικτύου από πομπό μπορεί να είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες εφαρμογές των κατευθυντικών ζεύξεων. Το ακόλουθο σχήμα είναι μια τυπική εφαρμογή των κατευθυντικών ζεύξεων για τη μέτρηση σε κυψελοειδή σταθμό βάσης. Ας υποθέσουμε ότι η ισχύς εξόδου του πομπού είναι 43dBm (20W), η σύζευξη του κατευθυντικού ζεύκτη. Η χωρητικότητα είναι 30dB, η απώλεια εισαγωγής (απώλεια γραμμής συν απώλεια σύζευξης) είναι 0,15dB. Το άκρο σύζευξης στέλνει σήμα 13dBm (20mW) στον ελεγκτή του σταθμού βάσης, η άμεση έξοδος του κατευθυντικού ζεύκτη είναι 42,85dBm (19,3W) και η διαρροή είναι. Η ισχύς στην απομονωμένη πλευρά απορροφάται από ένα φορτίο.
Ο κατευθυντικός ζεύκτης χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του σταθμού βάσης.
Σχεδόν όλοι οι πομποί χρησιμοποιούν αυτήν τη μέθοδο για online δειγματοληψία και παρακολούθηση, και ίσως μόνο αυτή η μέθοδος μπορεί να εγγυηθεί τη δοκιμή απόδοσης του πομπού υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι η ίδια είναι και η δοκιμή πομπού, και διαφορετικοί δοκιμαστές έχουν διαφορετικές ανησυχίες. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τους σταθμούς βάσης WCDMA, οι χειριστές πρέπει να δώσουν προσοχή στους δείκτες στη ζώνη συχνοτήτων λειτουργίας τους (2110~2170MHz), όπως η ποιότητα σήματος, η ισχύς εντός καναλιού, η ισχύς παρακείμενου καναλιού κ.λπ. Υπό αυτή την προϋπόθεση, οι κατασκευαστές θα εγκαταστήσουν στο άκρο εξόδου του σταθμού βάσης έναν στενοζώνη (όπως 2110~2170MHz) κατευθυντικό ζεύκτη για την παρακολούθηση των συνθηκών λειτουργίας εντός ζώνης του πομπού και την αποστολή τους στο κέντρο ελέγχου ανά πάσα στιγμή.
Εάν ο ρυθμιστής του φάσματος ραδιοσυχνοτήτων - ο σταθμός παρακολούθησης ραδιοσυχνοτήτων - είναι αυτός που ελέγχει τους δείκτες του μαλακού σταθμού βάσης, η εστίασή του είναι εντελώς διαφορετική. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις της προδιαγραφής διαχείρισης ραδιοσυχνοτήτων, το εύρος συχνοτήτων δοκιμής επεκτείνεται στα 9kHz~12,75GHz και ο σταθμός βάσης που δοκιμάζεται είναι τόσο ευρύς. Πόση ψευδής ακτινοβολία θα παραχθεί στη ζώνη συχνοτήτων και θα επηρεάσει την κανονική λειτουργία άλλων σταθμών βάσης; Μια ανησυχία των σταθμών παρακολούθησης ραδιοσυχνοτήτων. Αυτή τη στιγμή, απαιτείται ένας κατευθυντικός ζεύκτης με το ίδιο εύρος ζώνης για τη δειγματοληψία σήματος, αλλά ένας κατευθυντικός ζεύκτης που μπορεί να καλύψει 9kHz~12,75GHz δεν φαίνεται να υπάρχει. Γνωρίζουμε ότι το μήκος του βραχίονα σύζευξης ενός κατευθυντικού ζεύκτη σχετίζεται με την κεντρική του συχνότητα. Το εύρος ζώνης ενός κατευθυντικού ζεύκτη υπερ-ευρείας ζώνης μπορεί να επιτύχει ζώνες 5-6 οκτάβων, όπως 0,5-18GHz, αλλά η ζώνη συχνοτήτων κάτω των 500MHz δεν μπορεί να καλυφθεί.
4, μέτρηση ισχύος στο διαδίκτυο
Στην τεχνολογία μέτρησης ισχύος τύπου διέλευσης, ο κατευθυντικός ζεύκτης είναι μια πολύ κρίσιμη συσκευή. Το ακόλουθο σχήμα δείχνει το σχηματικό διάγραμμα ενός τυπικού συστήματος μέτρησης υψηλής ισχύος διέλευσης. Η εμπρόσθια ισχύς από τον ενισχυτή υπό δοκιμή δειγματίζεται από το άκρο εμπρόσθιας σύζευξης (ακροδέκτης 3) του κατευθυντικού ζεύκτη και αποστέλλεται στον μετρητή ισχύος. Η ανακλώμενη ισχύς δειγματίζεται από τον ακροδέκτη αντίστροφης σύζευξης (ακροδέκτης 4) και αποστέλλεται στον μετρητή ισχύος.
Ένας κατευθυντικός ζεύκτης χρησιμοποιείται για μέτρηση υψηλής ισχύος.
Σημείωση: Εκτός από τη λήψη της ανακλώμενης ισχύος από το φορτίο, ο ακροδέκτης αντίστροφης ζεύξης (ακροδέκτης 4) λαμβάνει επίσης ισχύ διαρροής από την εμπρόσθια κατεύθυνση (ακροδέκτης 1), η οποία προκαλείται από την κατευθυντικότητα του κατευθυντικού ζεύκτη. Η ανακλώμενη ενέργεια είναι αυτό που ελπίζει να μετρήσει ο ελεγκτής και η ισχύς διαρροής είναι η κύρια πηγή σφαλμάτων στη μέτρηση της ανακλώμενης ισχύος. Η ανακλώμενη ισχύς και η ισχύς διαρροής υπερτίθενται στο άκρο της αντίστροφης ζεύξης (4 άκρα) και στη συνέχεια αποστέλλονται στον μετρητή ισχύος. Δεδομένου ότι οι διαδρομές μετάδοσης των δύο σημάτων είναι διαφορετικές, πρόκειται για διανυσματική υπέρθεση. Εάν η είσοδος ισχύος διαρροής στον μετρητή ισχύος μπορεί να συγκριθεί με την ανακλώμενη ισχύ, θα προκύψει ένα σημαντικό σφάλμα μέτρησης.
Φυσικά, η ανακλώμενη ισχύς από το φορτίο (άκρο 2) θα διαρρεύσει επίσης στο άκρο της εμπρόσθιας ζεύξης (άκρο 1, δεν φαίνεται στο παραπάνω σχήμα). Ωστόσο, το μέγεθός της είναι ελάχιστο σε σύγκριση με την εμπρόσθια ισχύ, η οποία μετρά την εμπρόσθια αντοχή. Το σφάλμα που προκύπτει μπορεί να αγνοηθεί.
Η Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., που βρίσκεται στην «Silicon Valley» της Κίνας - Beijing Zhongguancun, είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας αφιερωμένη στην εξυπηρέτηση εγχώριων και ξένων ερευνητικών ιδρυμάτων, ερευνητικών ινστιτούτων, πανεπιστημίων και προσωπικού επιστημονικής έρευνας επιχειρήσεων. Η εταιρεία μας ασχολείται κυρίως με την ανεξάρτητη έρευνα και ανάπτυξη, το σχεδιασμό, την κατασκευή, τις πωλήσεις οπτοηλεκτρονικών προϊόντων και παρέχει καινοτόμες λύσεις και επαγγελματικές, εξατομικευμένες υπηρεσίες σε επιστημονικούς ερευνητές και βιομηχανικούς μηχανικούς. Μετά από χρόνια ανεξάρτητης καινοτομίας, έχει δημιουργήσει μια πλούσια και τέλεια σειρά φωτοηλεκτρικών προϊόντων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε δημοτικές, στρατιωτικές, μεταφορές, ηλεκτρική ενέργεια, χρηματοοικονομικά, εκπαίδευση, ιατρική και άλλες βιομηχανίες.
Ανυπομονούμε για τη συνεργασία μαζί σας!
Ώρα δημοσίευσης: 20 Απριλίου 2023