עקרון העבודה של מצמד כיווני

מצמדים כיווניים הם רכיבי גל מיקרוגל/מילימטרי סטנדרטיים במדידת מיקרוגל ובמערכות מיקרוגל אחרות. ניתן להשתמש בהם לבידוד, הפרדה וערבוב אותות, כגון ניטור הספק, ייצוב הספק יציאה של מקור האות, בידוד מקור האות, בדיקת סריקה של תדר שידור והחזרה וכו'. זהו מחלק הספק מיקרוגל כיווני, והוא רכיב חיוני במדי רפלקטומטרים מודרניים של תדר סריקה. בדרך כלל, ישנם מספר סוגים, כגון מוליך גל, קו קואקסיאלי, סטריפליין ומיקרוסטריפ.

איור 1 הוא תרשים סכמטי של המבנה. הוא כולל בעיקר שני חלקים, קו ראשי וקו עזר, המחוברים זה לזה באמצעות צורות שונות של חורים קטנים, חריצים ופערים. לכן, חלק מההספק המוכנס מה-"1" בקצה הראשי יחובר לקו המשני. עקב הפרעות או סופרפוזיציה של גלים, ההספק יועבר רק לאורך הקו המשני - בכיוון אחד (הנקרא "קדימה") ובכיוון השני. כמעט ואין הספק בכיוון אחד (הנקרא "אחורה").

איור 2 הוא מצמד רוחב-כיווני, אחד הפורטים במצמד מחובר לעומס התאמה מובנה.

יישום של מצמד כיווני

1, עבור מערכת סינתזת כוח
מצמד כיווני של 3dB (הידוע בכינויו גשר 3dB) משמש בדרך כלל במערכת סינתזת תדרים מרובת נושאי נושא, כפי שמוצג באיור למטה. מעגל מסוג זה נפוץ במערכות מבוזרות בתוך מבנים. לאחר שהאותות f1 ו-f2 משני מגברי הספק עוברים דרך מצמד כיווני של 3dB, הפלט של כל ערוץ מכיל שני רכיבי תדר f1 ו-f2, ו-3dB מפחית את האמפליטודה של כל רכיב תדר. אם אחד ממסופי הפלט מחובר לעומס סופג, ניתן להשתמש בפלט השני כמקור הכוח של מערכת המדידה הפסיבית של אינטרמודולציה. אם יש צורך לשפר עוד יותר את הבידוד, ניתן להוסיף רכיבים כמו מסננים ומבודדים. הבידוד של גשר 3dB מתוכנן היטב יכול להיות יותר מ-33dB.
 
המצמד הכיווני משמש במערכת שילוב כוח מספר אחת.
אזור התעלה הכיוונית כיישום נוסף של שילוב הספק מוצג באיור (א) למטה. במעגל זה, כיווניות המצמד הכיווני יושמה בצורה חכמה. בהנחה שדרגות הצימוד של שני המצמדים הן שניהם 10dB והכיווניות היא שניהם 25dB, הבידוד בין הקצוות f1 ו-f2 הוא 45dB. אם הקלטים של f1 ו-f2 שניהם 0dBm, הפלט המשולב הוא שניהם -10dBm. בהשוואה למצמד וילקינסון באיור (ב) למטה (ערך הבידוד הטיפוסי שלו הוא 20dB), אותו אות קלט של OdBm, לאחר סינתזה, יש -3dBm (מבלי להתחשב בהפסדי ההכנסה). בהשוואה לתנאי הבין-דגימה, אנו מגדילים את אות הקלט באיור (א) ב-7dB כך שהפלט שלו יהיה עקבי עם איור (ב). בשלב זה, הבידוד בין f1 ל-f2 באיור (א) "יורד" ל-38 dB. תוצאת ההשוואה הסופית היא ששיטת סינתזת ההספק של המצמד הכיווני גבוהה ב-18dB מזו של מצמד וילקינסון. סכמה זו מתאימה למדידת אינטרמודולציה של עשרה מגברים.

מצמד כיווני משמש במערכת שילוב כוח 2

2, משמש למדידת נגד הפרעות מקלט או מדידה כוזבת
במערכת בדיקה ומדידת RF, ניתן לראות לעתים קרובות את המעגל המוצג באיור למטה. נניח שהמכשיר או הציוד הנבדק (DUT) הוא מקלט. במקרה זה, ניתן להזריק אות הפרעה של ערוץ סמוך למקלט דרך קצה הצימוד של המצמד הכיווני. לאחר מכן, בודק משולב המחובר אליהם דרך המצמד הכיווני יכול לבדוק את התנגדות המקלט - ביצועי הפרעות באלף. אם ה-DUT הוא טלפון סלולרי, ניתן להפעיל את משדר הטלפון על ידי בודק מקיף המחובר לקצה הצימוד של המצמד הכיווני. לאחר מכן ניתן להשתמש במנתח ספקטרום כדי למדוד את הפלט המזויף של טלפון הסצנה. כמובן, יש להוסיף כמה מעגלי סינון לפני מנתח הספקטרום. מכיוון שדוגמה זו דנה רק ביישום של מצמדים כיווניים, מעגל הסינון מושמט.

המצמד הכיווני משמש למדידת נגד הפרעות של מקלט או גובה מזויף של טלפון סלולרי.
במעגל בדיקה זה, כיווניות המצמד הכיווני חשובה מאוד. מנתח הספקטרום המחובר לקצה ה-through רק רוצה לקבל את האות מה-DUT ואינו רוצה לקבל את הסיסמה מקצה הצימוד.

3, לדגימת וניטור אותות
מדידה וניטור מקוונים של משדר עשויים להיות אחד היישומים הנפוצים ביותר של מצמדים כיווניים. האיור הבא הוא יישום טיפוסי של מצמדים כיווניים למדידת תחנת בסיס סלולרית. נניח שהספק המוצא של המשדר הוא 43dBm (20W), צימוד המצמד הכיווני. הקיבולת היא 30dB, אובדן ההכנסה (אובדן קו ועוד אובדן צימוד) הוא 0.15dB. קצה המצמד מקבל אות של 13dBm (20mW) שנשלח לבוחן תחנת הבסיס, הפלט הישיר של המצמד הכיווני הוא 42.85dBm (19.3W), והדליפה היא. ההספק בצד המבודד נספג על ידי עומס.

המצמד הכיווני משמש למדידת תחנת בסיס.
כמעט כל המשדרים משתמשים בשיטה זו לדגימה וניטור מקוונים, וייתכן שרק שיטה זו יכולה להבטיח את בדיקת הביצועים של המשדר בתנאי עבודה רגילים. אך יש לציין כי בדיקת המשדר זהה, ולבודקים שונים יש חששות שונים. אם ניקח לדוגמה תחנות בסיס WCDMA, על המפעילים לשים לב למדדים בפס התדרים שלהם (2110~2170MHz), כגון איכות האות, הספק בתוך הערוץ, הספק ערוצים סמוכים וכו'. תחת הנחה זו, יצרנים יתקינו בקצה המוצא של תחנת הבסיס מצמד כיווני צר-פס (כגון 2110~2170MHz) כדי לנטר את תנאי העבודה בתוך הפס של המשדר ולשלוח אותו למרכז הבקרה בכל עת.
אם מדובר בווסת ספקטרום תדרי הרדיו - תחנת ניטור הרדיו - שבודק את אינדיקטורים של תחנת הבסיס הרך, המיקוד שלו שונה לחלוטין. על פי דרישות מפרט ניהול הרדיו, טווח תדרי הבדיקה מורחב ל-9kHz~12.75GHz, ותחנת הבסיס הנבדקת רחבה כל כך. כמה קרינה כוזבת תיווצר בפס התדרים ותפריע לפעילות הרגילה של תחנות בסיס אחרות? דאגה של תחנות ניטור רדיו. נכון לעכשיו, נדרש מצמד כיווני עם אותו רוחב פס לדגימת אותות, אך נראה כי מצמד כיווני שיכול לכסות 9kHz~12.75GHz אינו קיים. אנו יודעים שאורך זרוע הצימוד של מצמד כיווני קשור לתדר המרכזי שלו. רוחב הפס של מצמד כיווני אולטרה-רחב פס יכול להגיע ל-5-6 פסי אוקטבה, כגון 0.5-18GHz, אך לא ניתן לכסות את פס התדרים מתחת ל-500MHz.

4, מדידת הספק מקוונת
בטכנולוגיית מדידת הספק מסוג "מעבר דרך", המצמד הכיווני הוא התקן קריטי מאוד. האיור הבא מציג תרשים סכמטי של מערכת מדידה טיפוסית להספק גבוה מסוג "מעבר דרך". ההספק הקדמי מהמגבר הנבדק נדגם על ידי קצה הצימוד הקדמי (טרמינל 3) של המצמד הכיווני ונשלח למד ההספק. ההספק המוחזר נדגם על ידי קצה הצימוד ההפוך (טרמינל 4) ונשלח למד ההספק.
מצמד כיווני משמש למדידת הספק גבוה.
שימו לב: בנוסף לקליטת ההספק המוחזר מהעומס, מסוף הצימוד ההפוך (מסוף 4) מקבל גם הספק דליפה מכיוון קדימה (מסוף 1), אשר נגרם על ידי כיווניות המצמד הכיווני. האנרגיה המוחזרת היא מה שהבודק מקווה למדוד, והספק הדליפה הוא המקור העיקרי לשגיאות במדידת ההספק המוחזר. ההספק המוחזר והספק הדליפה מונחים על גבי קצה הצימוד ההפוך (4 קצוות) ולאחר מכן נשלחים למד ההספק. מכיוון שנתיבי השידור של שני האותות שונים, מדובר בסופרפוזיציה וקטורית. אם ניתן להשוות את הספק הדליפה הקלט למד ההספק להספק המוחזר, הדבר ייצור שגיאת מדידה משמעותית.
כמובן, ההספק המוחזר מהעומס (קצה 2) ידלוף גם לקצה הצימוד הקדמי (קצה 1, לא מוצג באיור למעלה). ובכל זאת, גודלו מינימלי בהשוואה להספק הקדמי, המודד את עוצמת התנועה קדימה. ניתן להתעלם מהשגיאה הנובעת מכך.

חברת בייג'ינג רופאה אופטואלקטרוניקה בע"מ, הממוקמת ב"עמק הסיליקון" בסין - בייג'ינג ג'ונגגואנצון, היא מפעל היי-טק המוקדש לשירות מוסדות מחקר מקומיים וזרים, מכוני מחקר, אוניברסיטאות ואנשי מחקר מדעיים ארגוניים. החברה שלנו עוסקת בעיקר במחקר ופיתוח עצמאיים, תכנון, ייצור ומכירה של מוצרים אופטואלקטרוניים, ומספקת פתרונות חדשניים ושירותים מקצועיים ומותאמים אישית לחוקרים מדעיים ומהנדסי תעשייה. לאחר שנים של חדשנות עצמאית, היא יצרה סדרה עשירה ומושלמת של מוצרים פוטואלקטריים, הנמצאים בשימוש נרחב בתעשיות העירוניות, הצבאיות, התחבורה, החשמל, הפיננסים, החינוך, הרפואה ותעשיות אחרות.

אנו מצפים לשיתוף פעולה איתך!