اصل کار کوپلر جهت دار

کوپلرهای جهت‌دار، اجزای استاندارد مایکروویو/موج میلی‌متری در اندازه‌گیری مایکروویو و سایر سیستم‌های مایکروویو هستند. آن‌ها می‌توانند برای ایزولاسیون، جداسازی و اختلاط سیگنال، مانند نظارت بر توان، تثبیت توان خروجی منبع، ایزولاسیون منبع سیگنال، تست جاروب فرکانس انتقال و بازتاب و غیره استفاده شوند. این یک تقسیم‌کننده توان مایکروویو جهت‌دار است و یک جزء ضروری در بازتاب‌سنج‌های فرکانس جاروب‌شده مدرن است. معمولاً انواع مختلفی از آن‌ها مانند موجبر، خط کواکسیال، خط نواری و میکرواستریپ وجود دارد.

شکل ۱ نمودار شماتیکی از ساختار است. این ساختار عمدتاً شامل دو بخش است، خط اصلی و خط کمکی که از طریق اشکال مختلف سوراخ‌های کوچک، شکاف‌ها و فواصل به یکدیگر متصل شده‌اند. بنابراین، بخشی از ورودی برق از "۱" در انتهای خط اصلی به خط ثانویه متصل خواهد شد. به دلیل تداخل یا برهم‌نهی امواج، برق فقط در امتداد خط ثانویه منتقل می‌شود - یک جهت (به نام "رو به جلو") و جهت دیگر تقریباً هیچ انتقال برقی در یک جهت (به نام "معکوس") وجود ندارد.

شکل ۲ یک کوپلر متقاطع را نشان می‌دهد، یکی از پورت‌های کوپلر به یک بار تطبیقی ​​داخلی متصل است.

کاربرد کوپلر جهت‌دار

1، برای سیستم سنتز قدرت
یک کوپلر جهت‌دار 3dB (که معمولاً به عنوان پل 3dB شناخته می‌شود) معمولاً در یک سیستم سنتز فرکانس چند حاملی، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، استفاده می‌شود. این نوع مدار در سیستم‌های توزیع‌شده داخلی رایج است. پس از اینکه سیگنال‌های f1 و f2 از دو تقویت‌کننده توان از یک کوپلر جهت‌دار 3dB عبور می‌کنند، خروجی هر کانال شامل دو مؤلفه فرکانسی f1 و f2 می‌شود و 3dB دامنه هر مؤلفه فرکانسی را کاهش می‌دهد. اگر یکی از ترمینال‌های خروجی به یک بار جاذب متصل باشد، خروجی دیگر می‌تواند به عنوان منبع تغذیه سیستم اندازه‌گیری اینترمدولاسیون غیرفعال استفاده شود. اگر نیاز به بهبود بیشتر ایزولاسیون دارید، می‌توانید برخی از اجزا مانند فیلترها و ایزولاتورها را اضافه کنید. ایزولاسیون یک پل 3dB با طراحی خوب می‌تواند بیش از 33dB باشد.
 
کوپلر جهت‌دار در سیستم ترکیب توان یک استفاده می‌شود.
ناحیه شیار جهت‌دار به عنوان یکی دیگر از کاربردهای ترکیب توان در شکل (الف) زیر نشان داده شده است. در این مدار، جهت‌داری کوپلر جهت‌دار به طور هوشمندانه‌ای اعمال شده است. با فرض اینکه درجه کوپلینگ دو کوپلر هر دو 10dB و جهت‌داری هر دو 25dB باشد، ایزولاسیون بین انتهای f1 و f2 برابر با 45dB است. اگر ورودی‌های f1 و f2 هر دو 0dBm باشند، خروجی ترکیبی هر دو -10dBm است. در مقایسه با کوپلر ویلکینسون در شکل (ب) زیر (مقدار ایزولاسیون معمول آن 20dB است)، سیگنال ورودی OdBm یکسان است، پس از سنتز، -3dBm (بدون در نظر گرفتن تلفات درج) وجود دارد. در مقایسه با شرایط بین نمونه‌ای، سیگنال ورودی در شکل (الف) را 7dB افزایش می‌دهیم تا خروجی آن با شکل (ب) سازگار باشد. در این زمان، ایزولاسیون بین f1 و f2 در شکل (الف) «کاهش می‌یابد» «38 دسی‌بل است». نتیجه نهایی مقایسه این است که روش سنتز توان کوپلر جهت‌دار 18 دسی‌بل بیشتر از کوپلر ویلکینسون است. این طرح برای اندازه‌گیری اینترمدولاسیون ده تقویت‌کننده مناسب است.

یک کوپلر جهت‌دار در سیستم ترکیب توان ۲ استفاده می‌شود.

2، برای اندازه‌گیری ضد تداخل گیرنده یا اندازه‌گیری جعلی استفاده می‌شود
در سیستم تست و اندازه‌گیری RF، اغلب می‌توان مدار نشان داده شده در شکل زیر را مشاهده کرد. فرض کنید DUT (دستگاه یا تجهیزات تحت آزمایش) یک گیرنده است. در این صورت، می‌توان یک سیگنال تداخل کانال مجاور را از طریق انتهای کوپلینگ کوپلر جهت‌دار به گیرنده تزریق کرد. سپس یک تستر یکپارچه متصل به آنها از طریق کوپلر جهت‌دار می‌تواند مقاومت گیرنده - عملکرد تداخل هزار - را آزمایش کند. اگر DUT یک تلفن همراه باشد، فرستنده تلفن را می‌توان توسط یک تستر جامع متصل به انتهای کوپلینگ کوپلر جهت‌دار روشن کرد. سپس می‌توان از یک آنالیزور طیف برای اندازه‌گیری خروجی جعلی تلفن صحنه استفاده کرد. البته، برخی از مدارهای فیلتر باید قبل از آنالیزور طیف اضافه شوند. از آنجایی که این مثال فقط کاربرد کوپلرهای جهت‌دار را مورد بحث قرار می‌دهد، مدار فیلتر حذف شده است.

کوپلر جهت‌دار برای اندازه‌گیری ضد تداخل گیرنده یا ارتفاع کاذب تلفن همراه استفاده می‌شود.
در این مدار تست، جهت‌گیری کوپلر جهت‌دار بسیار مهم است. آنالایزر طیف متصل به انتهای عبوری فقط می‌خواهد سیگنال را از DUT دریافت کند و نمی‌خواهد رمز عبور را از انتهای کوپلینگ دریافت کند.

۳، برای نمونه‌برداری و نظارت بر سیگنال
اندازه‌گیری و نظارت آنلاین فرستنده می‌تواند یکی از پرکاربردترین کاربردهای کوپلر جهت‌دار باشد. شکل زیر یک کاربرد معمول از کوپلر جهت‌دار برای اندازه‌گیری ایستگاه پایه سلولی است. فرض کنید توان خروجی فرستنده ۴۳dBm (20W) باشد، کوپلینگ کوپلر جهت‌دار. ظرفیت ۳۰dB، تلفات ورودی (تلفات خط به علاوه تلفات کوپلینگ) ۰.۱۵dB است. انتهای کوپلینگ دارای سیگنال ۱۳dBm (20mW) ارسالی به تستر ایستگاه پایه است، خروجی مستقیم کوپلر جهت‌دار ۴۲.۸۵dBm (19.3W) است و نشتی به صورت زیر است: توان در سمت ایزوله توسط یک بار جذب می‌شود.

کوپلر جهت‌دار برای اندازه‌گیری ایستگاه پایه استفاده می‌شود.
تقریباً همه فرستنده‌ها از این روش برای نمونه‌برداری و نظارت آنلاین استفاده می‌کنند و شاید فقط این روش بتواند تست عملکرد فرستنده را در شرایط کاری عادی تضمین کند. اما باید توجه داشت که تست فرستنده نیز همین است و آزمایش‌کنندگان مختلف نگرانی‌های متفاوتی دارند. با در نظر گرفتن ایستگاه‌های پایه WCDMA به عنوان مثال، اپراتورها باید به شاخص‌های موجود در باند فرکانس کاری خود (۲۱۱۰ تا ۲۱۷۰ مگاهرتز)، مانند کیفیت سیگنال، توان درون کانال، توان کانال مجاور و غیره توجه کنند. تحت این فرض، تولیدکنندگان در انتهای خروجی ایستگاه پایه یک کوپلر جهت‌دار باند باریک (مانند ۲۱۱۰ تا ۲۱۷۰ مگاهرتز) نصب می‌کنند تا شرایط کاری درون باند فرستنده را رصد کرده و در هر زمان آن را به مرکز کنترل ارسال کنند.
اگر قرار باشد تنظیم‌کننده طیف فرکانس رادیویی - ایستگاه نظارت رادیویی - شاخص‌های ایستگاه پایه نرم را آزمایش کند، تمرکز آن کاملاً متفاوت است. طبق الزامات مشخصات مدیریت رادیویی، محدوده فرکانس آزمایش تا 9 کیلوهرتز تا 12.75 گیگاهرتز گسترش یافته است و ایستگاه پایه آزمایش شده بسیار وسیع است. چه مقدار تابش کاذب در باند فرکانسی ایجاد می‌شود و با عملکرد منظم سایر ایستگاه‌های پایه تداخل می‌کند؟ نگرانی ایستگاه‌های نظارت رادیویی. در حال حاضر، یک کوپلر جهت‌دار با همان پهنای باند برای نمونه‌برداری سیگنال مورد نیاز است، اما به نظر نمی‌رسد کوپلر جهت‌داری که بتواند 9 کیلوهرتز تا 12.75 گیگاهرتز را پوشش دهد، وجود داشته باشد. می‌دانیم که طول بازوی کوپلر جهت‌دار به فرکانس مرکزی آن مربوط می‌شود. پهنای باند یک کوپلر جهت‌دار فوق پهن‌باند می‌تواند به 5-6 باند اکتاو، مانند 0.5-18 گیگاهرتز، دست یابد، اما باند فرکانسی زیر 500 مگاهرتز را نمی‌توان پوشش داد.

4، اندازه گیری قدرت آنلاین
در فناوری اندازه‌گیری توان از نوع عبوری، کوپلر جهت‌دار یک وسیله بسیار حیاتی است. شکل زیر نمودار شماتیک یک سیستم اندازه‌گیری توان بالای عبوری معمولی را نشان می‌دهد. توان رو به جلو از تقویت‌کننده تحت آزمایش توسط انتهای کوپلینگ رو به جلو (ترمینال ۳) کوپلر جهت‌دار نمونه‌برداری شده و به توان‌سنج ارسال می‌شود. توان بازتابی توسط ترمینال کوپلینگ معکوس (ترمینال ۴) نمونه‌برداری شده و به توان‌سنج ارسال می‌شود.
برای اندازه‌گیری توان بالا از کوپلر جهت‌دار استفاده می‌شود.
لطفا توجه داشته باشید: ترمینال کوپلینگ معکوس (ترمینال ۴) علاوه بر دریافت توان بازتابی از بار، توان نشتی را از جهت رو به جلو (ترمینال ۱) نیز دریافت می‌کند که ناشی از جهت‌دار بودن کوپلر جهت‌دار است. انرژی بازتابی همان چیزی است که تستر امیدوار است اندازه‌گیری کند و توان نشتی منبع اصلی خطا در اندازه‌گیری توان بازتابی است. توان بازتابی و توان نشتی روی انتهای کوپلینگ معکوس (۴ انتها) قرار می‌گیرند و سپس به پاورمتر ارسال می‌شوند. از آنجایی که مسیرهای انتقال دو سیگنال متفاوت است، این یک برهم‌نهی برداری است. اگر توان نشتی ورودی به پاورمتر با توان بازتابی مقایسه شود، خطای اندازه‌گیری قابل توجهی ایجاد خواهد شد.
البته، توان بازتابی از بار (انتهای ۲) به انتهای کوپلینگ رو به جلو (انتهای ۱، که در شکل بالا نشان داده نشده است) نیز نشت خواهد کرد. با این حال، مقدار آن در مقایسه با توان رو به جلو، که قدرت رو به جلو را اندازه‌گیری می‌کند، حداقل است. خطای حاصل را می‌توان نادیده گرفت.

شرکت پکن روفیا اپتوالکترونیک، واقع در "سیلیکون ولی" چین - پکن ژونگ‌گوانکون، یک شرکت فناوری پیشرفته است که به ارائه خدمات به مؤسسات تحقیقاتی داخلی و خارجی، مؤسسات تحقیقاتی، دانشگاه‌ها و پرسنل تحقیقات علمی شرکت‌ها اختصاص دارد. شرکت ما عمدتاً در تحقیق و توسعه، طراحی، تولید و فروش مستقل محصولات اپتوالکترونیک فعالیت دارد و راه‌حل‌های نوآورانه و خدمات حرفه‌ای و شخصی‌سازی‌شده را برای محققان علمی و مهندسان صنایع ارائه می‌دهد. پس از سال‌ها نوآوری مستقل، مجموعه‌ای غنی و بی‌نقص از محصولات فوتوالکتریک را تشکیل داده است که به طور گسترده در صنایع شهری، نظامی، حمل و نقل، برق، امور مالی، آموزش، پزشکی و سایر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم!