Date de sortie：2021-12-28Source de l'auteur：KinghelmVues ： 4199
En outre, il existe de nombreux autres défis : comment déterminer les caractéristiques des charges RF (telles que antennes) dans une large gamme de fréquences ; Comment surveiller le changement de charge et le rapport d'ondes stationnaires lorsque l'émetteur est en état de diffusion pour éviter une puissance réfléchie importante et des dommages à l'amplificateur.
Ces exigences et défis peuvent être résolus simplement en connectant le coupleur directionnel à la ligne de transmission. Cette méthode peut surveiller avec précision le flux d’énergie RF dans la ligne et réduire le niveau de puissance d’une quantité fixe connue. Lors du processus d'échantillonnage, le coupleur directionnel a peu d'interférence avec le signal de la ligne principale. De plus, la puissance directe et réfléchie peut être séparée, permettant la surveillance de la perte de réflexion ou du rapport d'onde stationnaire, de manière à fournir un retour de changement de charge pendant la diffusion.
Cet article traite du fonctionnement des coupleurs directionnels, présente trois topologies et produits associés lancés par ANAREN, M/A-COM et les appareils analogiques. Ensuite, cet article présente en détail les caractéristiques typiques du produit et montre les méthodes d’utilisation efficaces.
Le coupleur directionnel est une sorte d'équipement de mesure, qui peut être connecté à la ligne de transmission entre la source RF et la charge, tel qu'un générateur de signal, un analyseur de réseau vectoriel et un émetteur pour mesurer la puissance RF (composante directe) de la source RF à la charge et la puissance réfléchie par charge à la source RF (composant réfléchi). Si les composantes directe et réfléchie sont mesurées, la puissance totale, la perte de réflexion et le rapport d'onde stationnaire de la charge peuvent être calculés.
Le circuit à quatre ports du coupleur directionnel peut être configuré comme un dispositif à trois ou quatre bornes (Fig. 1).
Généralement, l'alimentation est connectée au port d'entrée du coupleur et la charge est connectée au port de sortie ou de transmission. La sortie du port de couplage est le signal direct atténué. La valeur d'atténuation est indiquée dans le diagramme schématique du périphérique à trois ports. Dans les équipements à trois ports, le port d'isolation a été terminé en interne ; Dans un appareil à quatre ports, la sortie du port est directement proportionnelle au signal réfléchi. Les flèches dans les symboles schématiques indiquent les chemins des composants. Par exemple, dans une configuration à quatre ports, le port d'entrée pointe vers le port de couplage, indiquant qu'il reçoit le composant direct, tandis que le port de sortie est connecté au port d'isolation, qui est utilisé pour lire le signal réfléchi. Les numéros de port ne sont pas standardisés et varient d'un fabricant à l'autre. Toutefois, les noms de ports des différents fournisseurs sont relativement uniformes.
Le coupleur est un appareil symétrique et la connexion de chaque port est interchangeable. Pour les périphériques à trois ports, l'inversion des ports d'entrée et de sortie fait du port 3 un port isolé. Dans un périphérique à quatre ports, l'inversion des ports d'entrée et de sortie permute les ports de couplage et d'isolation.
La sortie du coupleur est un signal RF. La sortie du port de couplage et d'isolation est généralement connectée à un détecteur de crête ou RMS, qui peut générer des signaux en bande de base liés aux niveaux de puissance directe et réfléchie. Le coupleur directionnel est combiné au détecteur de corrélation pour former un réflectomètre.
Dans certains cas, la connexion dos à dos de deux coupleurs directionnels peut former un double coupleur directionnel pour minimiser les fuites entre le port de couplage et le port d'isolation.
Le coupleur directionnel présente plusieurs caractéristiques clés, notamment la bande passante, la puissance d'entrée nominale, la perte d'insertion, la planéité de la fréquence, le coefficient de couplage, la directivité, l'isolation et le rapport d'onde stationnaire de tension résiduelle (VSWR).
Bande passante : la bande passante du coupleur représente la gamme de fréquences en Hertz. Dans cette plage de fréquences, le coupleur peut fonctionner dans la plage spécifiée.
Puissance d'entrée nominale : pour les signaux d'entrée à onde continue (CW) et à impulsions, le coupleur a la puissance d'entrée nominale maximale en watts. Cette valeur représente la puissance maximale que l'appareil peut gérer sans réduire les performances ni causer de dommages physiques.
Perte d'insertion : utilisée pour décrire la perte de puissance causée par l'accès des équipements au chemin de transmission principal, en dB.
Planéité de fréquence : la planéité de fréquence fait référence au changement de réponse en amplitude du chemin de transmission principal dans la bande passante spécifique de l'équipement. Cette valeur est fonction du changement de fréquence du signal d'entrée, en dB.
Coefficient de couplage : le coefficient de couplage fait référence au rapport entre la puissance d'entrée et la puissance de sortie du port de couplage lorsque tous les ports du coupleur sont correctement terminés, en dB. C'est l'une des principales caractéristiques du coupleur directionnel. La sortie du port de couplage est directement proportionnelle au niveau de puissance du chemin de passage (de l'entrée à la sortie) et le coefficient d'échelle est une valeur connue. La sortie du port de couplage peut être connectée à d'autres instruments tels qu'un oscilloscope sans risque de surcharge de l'instrument.
Isolation : lorsque tous les ports sont correctement terminés, le rapport de puissance entre le port d'entrée et le port d'isolation est en dB.
Directivité : lorsque tous les ports sont correctement terminés, le rapport de puissance entre le port de couplage et le port d'isolement est en dB.
Pour les coupleurs à trois ports, deux mesures de puissance sont généralement effectuées : une sous terminaison directe normale et l'autre sous connexion inverse des ports d'entrée et de sortie. Cette spécification est utilisée pour mesurer le degré de séparation des composants directs et réfléchis ; Généralement, plus la directivité est grande, meilleures sont les performances du coupleur. La directivité ne peut pas être mesurée directement, mais ne peut être calculée qu'à travers les valeurs mesurées d'isolation et d'isolation inverse.
VSWR résiduel : le rapport d'ondes stationnaires mesuré lorsque tous les ports du coupleur sont correctement terminés. Cette valeur est utilisée pour mesurer l'adaptation d'impédance inhérente du coupleur.
La conception de coupleurs directionnels peut être réalisée de plusieurs manières. Les trois topologies les plus courantes sont le transformateur RF, le pont de résistance et la ligne de transmission couplée. La topologie basée sur un transformateur RF utilise deux transformateurs RF (Figure 2). Le transformateur T1} est utilisé pour détecter le courant de ligne principale entre l'entrée et la charge. L'autre transformateur T2 est utilisé pour détecter la tension à la terre de la ligne principale. Le coefficient de couplage dépend du rapport de transformation n du transformateur.
En combinant la tension induite de chaque transformateur sur la ligne de couplage et en additionnant les résultats, l'analyse théorique du fonctionnement de ce type de coupleur directionnel peut être réalisée (Fig. 3). Vin ， est la tension directe et VL ， est la tension réfléchie.
Dans la figure ci-dessus, afin de calculer la tension du port de couplage (VF % % % % % % % ') et la tension du port d'isolation (VR % % % % %') sur la ligne de couplage, connectez le transformateur de détection de courant, mais retirez-le. le transformateur de détection de tension. De même, le transformateur de détection de courant est supprimé dans la figure ci-dessous et le transformateur de détection de tension est connecté au port pour calculer VF "et VR". La tension du port de couplage VF peut être obtenue en ajoutant VF % % % % %' et VF" :
Par conséquent, la tension du port de couplage est égale à la tension d’entrée divisée par le rapport de transformation du transformateur.
De même, la tension du port d'isolement peut être obtenue en ajoutant VR % % % % %' et VR" :
La tension du port d'isolation est égale à la tension réfléchie divisée par le rapport négatif du nombre de tours du transformateur. Le signe négatif indique une tension réfléchie et une tension directe de 180 & deg; Déphasées.
Ce type de coupleur directionnel offre de bonnes performances dans une large gamme de fréquences. Par exemple, la plage de bande passante du macp-011045 de M/A-COM est de 5 à 1225 23 MHz. Ce coupleur à transformateur a un coefficient de couplage de 10 dB et une puissance nominale de 30 W. L'isolation dépend de la fréquence. Lorsque la plage de fréquences va de moins de 1 MHz à plus de 45 GHz, la plage d'isolation correspondante est de 27 dB à 6.35 dB. Dans un boîtier à montage en surface, l'appareil mesure 7.11 mm x 4.1 mm x XNUMX mm, il est donc compatible avec la plupart des applications sans fil.
Le coupleur basé sur la ligne de transmission couplée est composé d'un câble coaxial ou d'une ligne de transmission à circuit imprimé. Ce mécanisme agence étroitement deux ou plusieurs lignes de transmission (généralement 1/4 de la longueur d'onde) de sorte qu'une petite quantité de puissance de signal contrôlée s'échappe de la ligne principale vers une ou plusieurs lignes de couplage (Fig. 4).
Port de connexion d'entrée 1, la majeure partie de la puissance est transmise à la charge du port de connexion 2. Une petite quantité de puissance est couplée aux lignes auxiliaires reliant les ports 3 et 4. Le port 3 est un port de couplage. Le niveau de puissance du port représente un pourcentage fixe de la puissance d'entrée. Le coefficient de couplage peut être utilisé pour décrire la puissance du port de couplage, qui dépend de la disposition géométrique de la ligne de couplage. La puissance réfléchie est couplée au port 4 (port isolé).
Le 11302-20} d'ANAREN est un coupleur directionnel de ligne de transmission couplé typique avec une plage de fréquences de 190 à 400 MHz et une puissance de traitement allant jusqu'à 100 W. Le coefficient de couplage nominal du dispositif est de 20 dB et la perte d'insertion est de 0.3 dB. Le boîtier est monté en surface et a une taille de 16.51 x 12.19 x 3.58 mm. Il peut être utilisé pour surveiller le niveau de puissance et la mesure VSWR des émetteurs de puissance moyenne. La taille de ce type de coupleur est liée à la gamme de fréquences. Plus la fréquence de travail est basse, plus la longueur est longue. Par conséquent, il est couramment utilisé dans les applications UHF et haute fréquence, et la taille de l'équipement correspondant est petite.
La dernière topologie du coupleur directionnel est le pont directionnel, et le circuit est lié au pont de Wheatstone classique. Les détecteurs adl5920 RMS et VSWR des appareils analogiques utilisent cette topologie (Figure 5).
L'adl5920 utilise un pont de résistance pour séparer les tensions directes et réfléchies sur la ligne de transmission. Comme le montre la figure, la directivité théorique des équipements basse fréquence peut être calculée lorsque tous les ports sont correctement terminés. La directivité obtenue est de 33 dB. Dans le pont, les signaux de sortie de vrev et vfwd sont transmis au détecteur en cascade RMS (plage dynamique de 60 dB). La sortie du détecteur peut être lue linéairement en dB. La troisième tension de sortie dérivée de la différence entre la sortie directe et la sortie réfléchie est directement proportionnelle à la perte de réflexion, en dB. Le coupleur basé sur un pont a une plage de fréquences de 9 kHz à 7 GHz et une puissance nominale de 33 DBM (2 W) à une charge correspondante de 50 Ω. Dans la plage de fréquences de 10 MHz à 7 GHz, la plage de perte d'insertion correspondante est de 0.9 DB à 2 dB. L'équipement est conditionné dans un boîtier à montage en surface de 5 x 5 mm avec une épaisseur de 0.75 mm.
Analog Devices a lancé la carte d'évaluation adl5920-evalz pour adl5920. Cette carte d'évaluation entièrement configurée nécessite une alimentation 5 V, 200 Ma. Les entrées, sorties et sorties principales sont connectées via des câbles de 2.92 mm connecteurs. Le schéma suivant montre les connexions typiques requises pour l'adl5920 (Figure 6). La carte d'évaluation est un outil idéal pour tester facilement l'adl5920.
Le coupleur directionnel réalisé par pont de résistance offre la plage de fréquences la plus large, qui est fondamentalement proche du courant continu (DC). Le coupleur basé sur un transformateur et une ligne de transmission a plus de contraintes de bande passante, mais la puissance nominale est plus grande.
N'importe lequel des appareils ci-dessus peut extraire des échantillons de puissance d'entrée pour les circuits de surveillance des signaux. Le niveau de puissance, la fréquence et la modulation peuvent être déterminés en mesurant les échantillons à l'aide d'instruments traditionnels tels qu'un oscilloscope ou un analyseur de spectre. Les données peuvent également être intégrées dans la boucle de rétroaction pour ajuster la sortie afin de rester dans la plage requise.
L'état de charge peut être représenté par le rapport d'onde stationnaire de tension (VSWR). La charge VSWR du port de sortie peut être calculée en utilisant les sorties du port de couplage et du port d'isolation (c'est-à-dire la tension directe et la tension réfléchie).
La perte de retour peut être calculée par VSWR :
Le coupleur directionnel est un équipement de mesure très utile pour les concepteurs de systèmes RF. Il peut non seulement fournir une vue proportionnelle à l'amplitude du niveau de puissance RF, mais également séparer les composants du signal direct et réfléchi, ce qui est utile pour l'analyse des caractéristiques de charge. Comme mentionné ci-dessus, il existe trois topologies de coupleurs courantes pouvant fournir ces sorties, qui sont non seulement compactes, mais également compatibles avec les appareils sans fil.
La marque « kinghelm » a été initialement enregistrée par la société Golden Beacon. Golden Beacon est un fabricant de vente directe de GPS antenne et Beidou antenneIl jouit d'une très grande popularité et d'une très grande réputation dans l'industrie de la navigation et du positionnement GPS Beidou. Les produits de R & D et de production sont largement utilisés dans la navigation et le positionnement par satellite BDS, la communication sans fil et d'autres domaines. Les principaux produits comprennent : réseau rj45-rj45, interface réseau connecteur, RF connecteur adaptateur, câble coaxial connecteur, type C connecteur, Interface HDMI, interface type C, broche et bus, SMA, FPC, FFC antenne connecteur, antenne transmission du signal étanche connecteur, Interface HDMI, Connecteur USB, ligne terminale, câblage du bornier, bornier, ligne RF, balise RFID RF Navigation de positionnement antenne, communication antenne fil de connexion, tige en caoutchouc antenne, antenne ventouse433 ans antenne, 4G antenne, Module GPS antenne, etc. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, la communication, l'industrie, l'instrumentation, la sécurité, la médecine et d'autres industries.
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