עקרון העבודה של מצמד כיווני

מצמדי כיוונים הם רכיבי גל מיקרוגל/מילימטר סטנדרטיים במדידת מיקרוגל ומערכות מיקרוגל אחרות. הם יכולים לשמש לבידוד, הפרדה וערבוב אותות, כגון ניטור הספק, ייצוב הספק מוצא מקור, בידוד מקור האות, בדיקת תדר שידור והשתקפות, וכו'. זהו מחלק הספק מיקרוגל כיווני, והוא מרכיב הכרחי ברפלומטרים מודרניים בתדר סחוף. בדרך כלל, ישנם מספר סוגים, כגון מוליך גל, קו קואקסיאלי, רצועה ומיקרו-סטריפ.

איור 1 הוא תרשים סכמטי של המבנה. הוא כולל בעיקר שני חלקים, הקו הראשי וקו העזר, המחוברים זה לזה דרך צורות שונות של חורים קטנים, חריצים ומרווחים. לכן, חלק מכניסת הכוח מה"1" בקצה הקו הראשי יצורף לקו המשני. עקב הפרעה או סופרפוזיציה של גלים, הכוח ישודר רק בכיוון הקו המשני-אחד (נקרא "קדימה"), והשני. אין כמעט העברת כוח בסדר אחד (נקרא "הפוך").

איור 2 הוא מצמד צולב, אחת היציאות במצמד מחוברת לעומס תואם מובנה.

יישום של מצמד כיווני

1, עבור מערכת סינתזת כוח
מצמד כיווני של 3dB (הידוע בדרך כלל כגשר 3dB) משמש בדרך כלל במערכת סינתזת תדרים מרובה-נשאים, כפי שמוצג באיור למטה. סוג זה של מעגל נפוץ במערכות מבוזרות פנימיות. 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 המשרעת של כל רכיב תדר. אם אחד ממסופי היציאה מחובר לעומס סופג, הפלט השני יכול לשמש כמקור הכוח של מערכת מדידת האינטרמודולציה הפסיבית. אם אתה צריך לשפר את הבידוד עוד יותר, אתה יכול להוסיף כמה רכיבים כגון מסננים ומבודדים. הבידוד של גשר 3dB מעוצב היטב יכול להיות יותר מ-33dB.
 
המצמד הכיווני משמש במערכת שילוב כוח אחת.
אזור הגלים הכיווני כיישום נוסף של שילוב כוח מוצג באיור (א) להלן. במעגל זה, הכיוון של מצמד הכיוונים יושמה בחוכמה. בהנחה שדרגות הצימוד של שני המצמדים הן שניהם 10dB והכיווניות היא שניהם 25dB, הבידוד בין קצוות f1 ו-f2 הוא 45dB. אם הכניסות של f1 ו-f2 הן שתיהן 0dBm, הפלט המשולב הוא שניהם -10dBm. בהשוואה למצמד ווילקינסון באיור (ב) למטה (ערך הבידוד האופייני שלו הוא 20dB), אותו אות כניסה של OdBm, לאחר סינתזה, יש -3dBm (מבלי להתחשב באובדן ההחדרה). בהשוואה למצב בין המדגם, אנו מגדילים את אות הכניסה באיור (א) ב-7dB כך שהפלט שלו תואם את האיור (ב). בשלב זה, הבידוד בין f1 ל-f2 באיור (א) "יורד" "הוא 38 dB. תוצאת ההשוואה הסופית היא ששיטת סינתזת ההספק של המצמד הכיווני גבוהה ב-18dB ממצמד ווילקינסון. סכימה זו מתאימה למדידת אינטרמודולציה של עשרה מגברים.

מצמד כיווני משמש במערכת שילוב כוח 2

2, משמש למדידת מקלט נגד הפרעות או מדידה מזויפת
במערכת הבדיקה והמדידה של RF, ניתן לראות לעתים קרובות את המעגל המוצג באיור למטה. נניח שה-DUT (התקן או ציוד בבדיקה) הוא מקלט. במקרה זה, ניתן להחדיר למקלט אות הפרעה של ערוץ סמוך דרך קצה הצימוד של המצמד הכיווני. לאחר מכן בודק משולב המחובר אליהם דרך מצמד הכיוונים יכול לבדוק את התנגדות המקלט - ביצועי אלף הפרעות. אם ה-DUT הוא טלפון סלולרי, ניתן להפעיל את המשדר של הטלפון על ידי בודק מקיף המחובר לקצה המצמד של המצמד הכיווני. אז ניתן להשתמש בנתח 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 מצמדי כיוונים, מעגל הסינון מושמט.

המצמד הכיווני משמש למדידה נגד הפרעות של מקלט או גובה מזויף של הטלפון הסלולרי.
במעגל בדיקה זה, הכיווניות של מצמד הכיוונים חשובה מאוד. מנתח הספקטרום המחובר לקצה המעבר רוצה לקבל רק את האות מה-DUT ולא רוצה לקבל את הסיסמה מקצה הצימוד.

3, עבור דגימת אותות וניטור
מדידה וניטור מקוונים של משדרים עשויים להיות אחד מהיישומים הנפוצים ביותר של מצמדי כיוונים. האיור הבא הוא יישום טיפוסי של מצמדי כיוונים למדידת תחנות בסיס סלולריות. נניח שהספק המוצא של המשדר הוא 43dBm (20W), הצימוד של המצמד הכיווני. הקיבולת היא 30dB, אובדן ההכנסה (אובדן קו בתוספת אובדן צימוד) הוא 0.15dB. לקצה הצימוד יש אות של 13dBm (20mW) שנשלח לבוחן תחנת הבסיס, הפלט הישיר של המצמד הכיווני הוא 42.85dBm (19.3W), והדליפה היא ההספק בצד המבודד נספג בעומס.

המצמד הכיווני משמש למדידת תחנת בסיס.
כמעט כל המשדרים משתמשים בשיטה זו לדגימה וניטור מקוונים, ואולי רק שיטה זו יכולה להבטיח את בדיקת הביצועים של המשדר בתנאי עבודה רגילים. אך יש לציין כי אותו הדבר הוא בדיקת המשדר, ולבודקים שונים יש חששות שונים. אם ניקח לדוגמא תחנות בסיס WCDMA, על המפעילים לשים לב לאינדיקטורים בפס התדרים שלהם (2110~2170MHz), כגון איכות האות, הספק בתוך הערוץ, הספק של ערוץ סמוך וכו'. תחת הנחה זו, היצרנים יתקינו ב- קצה הפלט של תחנת הבסיס מצמד כיווני צר-פס (כגון 2110~2170MHz) לניטור תנאי העבודה בתוך הפס של המשדר ולשלוח אותו למרכז הבקרה בכל עת.
אם זה הרגולטור של ספקטרום תדרי הרדיו - תחנת ניטור הרדיו כדי לבדוק את מחווני תחנות הבסיס הרכות, המיקוד שלה שונה לחלוטין. בהתאם לדרישות מפרט ניהול הרדיו, טווח תדרי הבדיקה מורחב ל-9kHz~12.75GHz, ותחנת הבסיס שנבדקה כל כך רחבה. כמה קרינה מזויפת תיווצר בפס התדרים ותפריע לפעולה הסדירה של תחנות בסיס אחרות? דאגה של תחנות ניטור רדיו. בשלב זה, נדרש מצמד כיווני עם אותו רוחב פס לדגימת אותות, אך נראה שמצמד כיווני שיכול לכסות 9kHz~12.75GHz לא קיים. אנו יודעים שאורך זרוע הצימוד של מצמד כיווני קשור לתדר המרכזי שלו. רוחב הפס של מצמד כיווני רחב במיוחד יכול להשיג 5-6 פסי אוקטבות, כגון 0.5-18GHz, אך לא ניתן לכסות את פס התדרים מתחת ל-500MHz.

4, מדידת כוח מקוונת
בטכנולוגיית מדידת הספק דרך סוג, מצמד הכיוונים הוא מכשיר קריטי מאוד. האיור הבא מציג את הדיאגרמה הסכמטית של מערכת מדידה טיפוסית עם הספק גבוה. ההספק הקדמי מהמגבר הנבדק נדגם על ידי קצה הצימוד הקדמי (מסוף 3) של המצמד הכיווני ונשלח למד ההספק. ההספק המשתקף נדגם על ידי מסוף הצימוד ההפוך (מסוף 4) ונשלח למד ההספק.
מצמד כיווני משמש למדידת הספק גבוה.
שימו לב: בנוסף לקליטת הכוח המשתקף מהעומס, מסוף הצימוד לאחור (מסוף 4) מקבל גם כוח דליפה מהכיוון קדימה (מסוף 1), שנגרם על ידי כיווניות המצמד הכיווני. האנרגיה המשתקפת היא מה שהבודק מקווה למדוד, והספק הדליפה הוא המקור העיקרי לטעויות במדידת ההספק המשתקף. הכוח המשתקף ועוצמת הדליפה מונחים על קצה הצימוד ההפוך (4 קצוות) ולאחר מכן נשלחים למד ההספק. מכיוון שנתיבי השידור של שני האותות שונים, זוהי סופרפוזיציה וקטורית. אם ניתן להשוות את כניסת הספק הדליפה למד ההספק עם ההספק המשתקף, היא תיצור שגיאת מדידה משמעותית.
כמובן, הכוח המשתקף מהעומס (קצה 2) ידלוף גם לקצה הצימוד הקדמי (קצה 1, לא מוצג באיור למעלה). ובכל זאת, גודלו מינימלי בהשוואה לכוח הקדמי, שמודד עוצמה קדימה. ניתן להתעלם מהשגיאה שנוצרה.

Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. ממוקם ב"עמק הסיליקון" של סין - Beijing Zhongguancun, הוא מיזם היי-טק המוקדש לשירות מוסדות מחקר מקומיים וזרים, מכוני מחקר, אוניברסיטאות ואנשי מחקר מדעיים ארגוניים. חברתנו עוסקת בעיקר במחקר ופיתוח עצמאי, עיצוב, ייצור, מכירה של מוצרים אופטואלקטרוניים, ומספקת פתרונות חדשניים ושירותים מקצועיים מותאמים אישית לחוקרים מדעיים ומהנדסי תעשייה. לאחר שנים של חדשנות עצמאית, היא יצרה סדרה עשירה ומושלמת של מוצרים פוטו-אלקטריים, הנמצאים בשימוש נרחב בתעשיות עירוניות, צבאיות, תחבורה, חשמל, פיננסים, חינוך, רפואה ועוד.

אנו מצפים לשיתוף פעולה איתך!