Направленный ответвитель — это обычный компонент микроволнового/миллиметрового диапазона, который можно использовать для изоляции, разделения и микширования сигналов, например, для контроля мощности, выравнивания выходной мощности источника, изоляции источника сигнала и проверки передачи и отражения с разверткой по частоте. Основными техническими индикаторами являются направленность, коэффициент стоячей волны, связь и вносимые потери.
основное введение
ОриентациямуфтаЭто СВЧ-устройство, широко используемое в СВЧ-системах, суть которого заключается в распределении мощности СВЧ-сигналов в определенной пропорции.
Направленные ответвители состоят из линий передачи.Коаксиальные линии, прямоугольные волноводы, круглые волноводы, полосковые и микрополосковые линии могут образовывать направленные ответвители.Поэтому существует много типов направленных ответвителей с точки зрения структуры, с большими различиями. Но с точки зрения механизма соединения он в основном делится на четыре типа, а именно соединение с точечным отверстием, параллельное соединение, разветвленное соединение и двойное Т-образное соединение.
Направленный ответвитель — это элемент, который размещает две линии передачи достаточно близко, чтобы мощность одной линии могла передаваться на другую. Амплитуды сигналов двух его выходных портов могут быть равными или неравными.Особенно широко используемым ответвителем является ответвитель на 3 дБ.Амплитуды выходных сигналов двух выходных портов этого ответвителя равны.
Направленный ответвитель
До начала 1950-х годов почти все микроволновые устройства использовали металлические волноводы и коаксиальные схемы. В то время направленные ответвители были в основном направленными ответвителями с точечной связью в волноводах. Теоретической основой была теория связи обскуры Бете. Большой вклад также внесли Кон и Леви и др. др.
С развитием авиационной и аэрокосмической техники от СВЧ-схем и систем требуется миниатюризация, малый вес и надежность в работе, поэтому появляются полосковые и микрополосковые линии. Впоследствии, из-за потребностей микроволновых схем и систем, одна за другой появились микроволновые интегрированные линии передачи, такие как ребристые линии, щелевые линии, копланарные волноводы и копланарные полосковые линии. Таким образом, появились различные направленные ответвители линий передачи.
Первый настоящий направленный ответвитель был разработан и реализован Х. А. Уилером в 1944 г. Уилер использовал пару цилиндров длиной в четверть длины волны центральной частоты для достижения взаимной связи энергии электрического поля и магнитного поля. Этот вид метода может обеспечить полосу пропускания только в одну октаву.
Направленный ответвитель представляет собойнаправленностьэлементы силовой муфты (распределения). это четыре портаэлемент, обычно состоящий из двух участков линии передачи, называемых прямой линией (основной линией) и связанной линией (вторичной линией). Часть (или вся) мощность прямой линии передается в связанную линию через определенный соединительный механизм (такой как зазор, отверстие, соединительный сегмент и т. д.) между прямой линией и связанной линией, и мощность требуется передавать только на определенный выходной порт, а другой порт не имеет выходной мощности. Если направление распространения волны в прямой линии становится противоположным первоначальному направлению, выходной порт мощности и немощный выходной порт в связанной линии также соответственно изменятся, то есть связь (распределение) мощности directional , поэтому его называют направленным ответвителем (direction coupler).
Как важная часть многих микроволновых цепей, направленные ответвители широко используются в современных электронных системах. Его можно использовать для обеспечения мощности дискретизации для температурной компенсации и цепей управления амплитудой, а также для распределения мощности и синтеза в широком диапазоне частот, в симметричных усилителях он помогает получить хороший коэффициент стоячей волны входного-выходного напряжения (КСВН); в симметричных смесителях и микроволновом оборудовании (например, анализаторах цепей) он может использоваться для выборки падающих и отраженных сигналов, в мобильной связи он используется
Мостовой ответвитель 90° может определить фазовую ошибку передатчика с фазовой манипуляцией π/4 (QPSK). Ответвитель соответствует характеристическому импедансу на всех четырех портах, что упрощает его встраивание в другие схемы или подсистемы. Применяя различные конструкции связи, средства связи и механизмы связи, можно разработать направленные ответвители, подходящие для различных требований различных микроволновых систем.
Принцип работы
Мощность, передаваемая по основной линии, подается на вторичную линию различными путями и создает помехи друг другу для передачи только в одном направлении по вторичной линии.
На рис. 1 показаны три типичные конструкции направленных ответвителей с прямоугольными волноводами. а — двухдырочная связь с расстоянием 1/4 длины волны ведущего; б — двухрядная связь ответвления с расстоянием и длиной, равной 1/4 длины волны ведущего; в — непрерывная связь две моды распространения ТЭ и ТЭ в области трещины. Взяв две структуры a и b в качестве примера, после того, как входной сигнал от порта ① подается на вторичную линию двумя способами, направление порта ④ накладывается по фазе из-за того же хода, и есть выход; противоположное фаза компенсируется и изолируется без выхода.
На рис. 2 показаны две типичные структуры связи микрополосковых направленных ответвителей. A — двухпараллельная связь ответвления с расстоянием и длиной, равной 1/4 длины волны проводимости, b — непрерывная связь электрического и магнитного полей в параллельной области. Взяв в качестве примера структуру b, входной сигнал от порта ① связан электрическим полем для создания синфазного индуцированного напряжения на двух портах вторичной линии, а связь магнитного поля генерирует индуцированное напряжение в противоположной фазе. . Результаты суммируются в порту ④ и есть вывод, а в ③ они отменяются и изолируются и не имеют вывода.
Рисунок 1)
фигура 2)
изображение 3)
Кроме того, могут быть сформированы направленные ответвители для других линий передачи (рис. 3).
Сетевые функции
Направленный ответвитель
Направленный ответвитель можно рассматривать как четырехпортовую сеть, свойства которой можно определить с помощью матрицы рассеяния [s] Значит это
Формула расчета
где коэффициент отражения каждого портаsii(i=1, 2, 3, 4) очень мало (идеальное значение равно нулю), что указывает на соответствие каждого порта; коэффициент связиs13=s31=s24=sЗначение 42 определяется степенью связи во время проектирования, например, ответвитель 10 дБ,s13=s31=s24=s42=10 дБ,s14=s41=s23=s32 — коэффициент изоляции, в идеале нулевой.
Основным техническим показателем направленного сцепления является степень сцепления.C(дБ), направленныйD(дБ) и рабочей полосы частот, где
C=-20lg|s14| (дБ)
D=20lg|s14/s13| (дБ)
Матрица рассеяния идеального направленного ответвителя имеет вид
Формула расчета
Два выходных сигнала сдвинуты по фазе на 90°.
Односекционный направленный ответвитель, соединенный с упомянутой выше линией с двумя отверстиями или двумя ответвлениями, имеет узкую полосу рабочих частот. Если используется многосекционный направленный ответвитель со структурой соединения линий с несколькими отверстиями или ответвлениями (каскад из нескольких одиночных секций), диапазон рабочих частот может быть расширен за счет комплексного метода проектирования.
Основные параметры
Основные параметры направленного ответвителя следующие:
1. Через параметры: По матрице рассеяния можно узнать, что она характеризуется S21.
2. Параметры связи: по матрице рассеяния можно узнать, что она характеризуется S31.
3. Параметры изоляции: по матрице рассеяния можно узнать, что она характеризуется S41.
4. Параметры отражения: По матрице рассеяния можно узнать, что она характеризуется S11.