Směrové vazební členy jsou standardními komponenty pro mikrovlnné/milimetrové vlny v mikrovlnných měřicích a dalších mikrovlnných systémech. Mohou být použity pro izolaci, separaci a směšování signálů, například pro monitorování výkonu, stabilizaci výstupního výkonu zdroje, izolaci zdroje signálu, testování přenosové a odrazové frekvence atd. Jedná se o směrový dělič mikrovlnného výkonu a je nepostradatelnou součástí moderních reflektometrů s rozmítanou frekvencí. Obvykle existuje několik typů, jako například vlnovod, koaxiální vedení, páskové vedení a mikropáskové vedení.
Obrázek 1 je schematický diagram struktury. Skládá se hlavně ze dvou částí, hlavního vedení a pomocného vedení, které jsou vzájemně propojeny různými malými otvory, štěrbinami a mezerami. Část vstupního výkonu z „1“ na konci hlavního vedení bude proto přivedena do sekundárního vedení. V důsledku interference nebo superpozice vln bude výkon přenášen pouze podél sekundárního vedení – jedním směrem (tzv. „vpřed“) a druhým. V jednom směru (tzv. „zpět“) téměř nedochází k přenosu výkonu.
Obrázek 2 je křížový směrový vazební člen, jeden z portů ve vazebním členu je připojen k vestavěné přizpůsobovací zátěži.
Použití směrového vazebního členu
1, pro systém syntézy výkonu
3dB směrový vazební člen (běžně známý jako 3dB můstek) se obvykle používá v systému syntézy více nosných frekvencí, jak je znázorněno na obrázku níže. Tento typ obvodu je běžný v distribuovaných systémech v interiéru. Poté, co signály f1 a f2 ze dvou výkonových zesilovačů projdou 3dB směrovým vazebním členem, výstup každého kanálu obsahuje dvě frekvenční složky f1 a f2 a 3dB snižuje amplitudu každé frekvenční složky. Pokud je jeden z výstupních terminálů připojen k absorpční zátěži, lze druhý výstup použít jako zdroj napájení pasivního intermodulačního měřicího systému. Pokud potřebujete dále zlepšit izolaci, můžete přidat některé komponenty, jako jsou filtry a izolátory. Izolace dobře navrženého 3dB můstku může být více než 33 dB.
Směrový vazební člen se používá v systému slučování výkonu jedna.
Oblast směrového žlabu jako další aplikace slučování výkonu je znázorněna na obrázku (a) níže. V tomto obvodu byla chytře použita směrovost směrového vazebního členu. Za předpokladu, že stupně vazby obou vazebních členů jsou 10 dB a směrovost obou je 25 dB, je izolace mezi konci f1 a f2 45 dB. Pokud jsou vstupy f1 a f2 oba 0 dBm, je kombinovaný výstup -10 dBm. Ve srovnání s Wilkinsonovým vazebním členem na obrázku (b) níže (jeho typická hodnota izolace je 20 dB) je pro stejný vstupní signál OdBm po syntéze -3 dBm (bez započítání vloženého útlumu). Ve srovnání s podmínkou mezi vzorky zvyšujeme vstupní signál na obrázku (a) o 7 dB, aby jeho výstup byl konzistentní s obrázkem (b). V tomto okamžiku se izolace mezi f1 a f2 na obrázku (a) „sníží“ o 38 dB. Konečný výsledek srovnání je, že metoda syntézy výkonu směrového vazebního členu je o 18 dB vyšší než u Wilkinsonova vazebního členu. Toto schéma je vhodné pro měření intermodulace deseti zesilovačů.
V systému kombinování výkonu 2 se používá směrový vazební člen
2, používá se pro měření rušení přijímače nebo pro měření rušivých signálů
V systému pro testování a měření rádiových vln lze často vidět obvod znázorněný na obrázku níže. Předpokládejme, že testované zařízení (DUT) je přijímač. V takovém případě lze do přijímače přivést rušivý signál ze sousedního kanálu přes spojovací konec směrového vazebního členu. Integrovaný tester připojený k němu přes směrový vazební člen pak může otestovat odpor přijímače – tisícinásobný rušivý výkon. Pokud je testované zařízení mobilní telefon, lze vysílač telefonu zapnout komplexním testerem připojeným k spojovacímu konci směrového vazebního členu. Poté lze k měření rušivého výstupu scénického telefonu použít spektrální analyzátor. Samozřejmě by před spektrální analyzátor měly být přidány některé filtrační obvody. Protože tento příklad pojednává pouze o použití směrových vazebních členů, filtrační obvod je vynechán.
Směrový vazební člen se používá pro měření rušení přijímače nebo falešné výšky mobilního telefonu.
V tomto testovacím obvodu je směrovost směrového vazebního členu velmi důležitá. Spektrální analyzátor připojený k průchozímu konci chce přijímat pouze signál z testovaného zařízení a nechce přijímat heslo z vazebního konce.
3, pro vzorkování a monitorování signálu
Online měření a monitorování vysílače může být jednou z nejpoužívanějších aplikací směrových vazebních členů. Následující obrázek znázorňuje typickou aplikaci směrových vazebních členů pro měření v mobilních základnových stanicích. Předpokládejme, že výstupní výkon vysílače je 43 dBm (20 W), vazební kapacita směrového vazebního členu je 30 dB, vložený útlum (útlum linky plus útlum vazby) je 0,15 dB. Směrový vazební konec má signál 13 dBm (20 mW) vyslaný do testovací základnové stanice, přímý výstup směrového vazebního členu je 42,85 dBm (19,3 W) a únik je... Výkon na izolované straně je absorbován zátěží.
Směrový vazební člen se používá pro měření základnové stanice.
Téměř všechny vysílače používají tuto metodu pro online vzorkování a monitorování a pravděpodobně pouze tato metoda může zaručit výkonnostní test vysílače za normálních provozních podmínek. Je však třeba poznamenat, že stejný je i test vysílače a různí testeři mají různé obavy. Vezměme si jako příklad základnové stanice WCDMA, provozovatelé musí věnovat pozornost ukazatelům v jejich pracovním frekvenčním pásmu (2110~2170MHz), jako je kvalita signálu, výkon v kanálu, výkon v sousedním kanálu atd. Za tohoto předpokladu výrobci instalují na výstupní konec základnové stanice úzkopásmový (například 2110~2170MHz) směrový vazební člen pro monitorování provozních podmínek vysílače v pásmu a jejich odeslání do řídicího centra kdykoli.
Pokud se jedná o regulátor rádiového frekvenčního spektra – monitorovací stanici pro rádio, která testuje indikátory měkkých základnových stanic, její zaměření je zcela jiné. Podle požadavků specifikace pro správu rádia je testovací frekvenční rozsah rozšířen na 9 kHz až 12,75 GHz a testovaná základnová stanice je tak široká. Kolik rušivého záření bude generováno v tomto frekvenčním pásmu a bude rušit běžný provoz ostatních základnových stanic? To je problém monitorovacích stanic pro rádio. V současné době je pro vzorkování signálu vyžadován směrový vazební člen se stejnou šířkou pásma, ale směrový vazební člen, který by mohl pokrýt 9 kHz až 12,75 GHz, zřejmě neexistuje. Víme, že délka vazebního ramene směrového vazebního členu souvisí s jeho střední frekvencí. Šířka pásma ultraširokopásmového směrového vazebního členu může dosáhnout pásem 5–6 oktáv, například 0,5–18 GHz, ale frekvenční pásmo pod 500 MHz pokrýt nelze.
4, online měření výkonu
V technologii měření výkonu průchozím typem je směrový vazební člen velmi důležitým zařízením. Následující obrázek znázorňuje schematický diagram typického průchozího systému pro měření vysokého výkonu. Propustný výkon z testovaného zesilovače je vzorkován propustným vazebním koncem (svorka 3) směrového vazebního členu a odeslán do wattmetru. Odražený výkon je vzorkován pro zpětný vazební konec (svorka 4) a odeslán do wattmetru.
Pro měření vysokého výkonu se používá směrový vazební člen.
Upozornění: Kromě příjmu odraženého výkonu ze zátěže přijímá svorka zpětné vazby (svorka 4) také svodový výkon z dopředného směru (svorka 1), což je způsobeno směrovostí směrového vazebního členu. Tester chce měřit odraženou energii a svodový výkon je primárním zdrojem chyb v měření odraženého výkonu. Odražený výkon a svodový výkon se superponují na konci zpětné vazby (4 konce) a poté se odešlou do wattmetru. Protože přenosové cesty obou signálů se liší, jedná se o vektorovou superpozici. Pokud lze svodový výkon vstupující do wattmetru porovnat s odraženým výkonem, dojde k významné chybě měření.
Odražený výkon od zátěže (konec 2) bude samozřejmě také unikat na konec s dopřednou vazbou (konec 1, na obrázku výše není znázorněn). Jeho velikost je však ve srovnání s dopředným výkonem, který měří sílu v dopředném směru, minimální. Výslednou chybu lze zanedbat.
Společnost Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. se sídlem v čínském „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik zaměřený na služby domácím i zahraničním výzkumným institucím, výzkumným ústavům, univerzitám a vědeckovýzkumným pracovníkům v podnicích. Naše společnost se zabývá především nezávislým výzkumem a vývojem, návrhem, výrobou a prodejem optoelektronických produktů a poskytuje inovativní řešení a profesionální, personalizované služby pro vědecké výzkumníky a průmyslové inženýry. Po letech nezávislých inovací vytvořila bohatou a dokonalou řadu fotoelektrických produktů, které se široce používají v komunálním, vojenském, dopravním, energetickém, finančním, vzdělávacím, lékařském a dalších odvětvích.
Těšíme se na spolupráci s vámi!
Čas zveřejnění: 20. dubna 2023