Nguyên lý làm việc của khớp nối định hướng

Bộ ghép định hướng là thành phần sóng vi ba/milimét tiêu chuẩn trong phép đo vi sóng và các hệ thống vi sóng khác. Chúng có thể được sử dụng để cách ly, tách và trộn tín hiệu, chẳng hạn như giám sát công suất, ổn định công suất đầu ra nguồn, cách ly nguồn tín hiệu, kiểm tra quét tần số truyền và phản xạ, v.v. Đây là bộ chia công suất vi sóng định hướng và là thành phần không thể thiếu trong các máy đo phản xạ tần số quét hiện đại. Thông thường, có một số loại, chẳng hạn như ống dẫn sóng, đường dây đồng trục, đường dây dải và microstrip.

Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của cấu trúc. Nó chủ yếu bao gồm hai phần, đường chính và đường phụ, được kết nối với nhau thông qua các dạng lỗ, khe và khoảng trống nhỏ khác nhau. Do đó, một phần nguồn điện đầu vào từ “1” ở đầu đường dây chính sẽ được ghép với đường dây thứ cấp. Do sự giao thoa hoặc chồng chất của các sóng nên công suất sẽ chỉ được truyền dọc theo đường thứ cấp - một hướng (gọi là “tiến”), còn hướng kia hầu như không truyền tải điện theo một trật tự (gọi là “ngược”)

Hình 2 là bộ ghép nối đa hướng, một trong các cổng trong bộ ghép được kết nối với tải phù hợp tích hợp.

Ứng dụng của khớp nối định hướng

1, cho hệ thống tổng hợp năng lượng
Bộ ghép định hướng 3dB (thường được gọi là cầu 3dB) thường được sử dụng trong hệ thống tổng hợp tần số đa sóng mang, như trong hình bên dưới. Loại mạch này phổ biến trong các hệ thống phân tán trong nhà. Sau khi tín hiệu f1 và f2 từ hai bộ khuếch đại công suất đi qua bộ ghép định hướng 3dB, đầu ra của mỗi kênh chứa hai thành phần tần số f1 và f2, đồng thời 3dB làm giảm biên độ của từng thành phần tần số. Nếu một trong các đầu ra được nối với tải hấp thụ thì đầu ra còn lại có thể được sử dụng làm nguồn điện của hệ thống đo xuyên điều chế thụ động. Nếu bạn cần cải thiện khả năng cách ly hơn nữa, bạn có thể thêm một số thành phần như bộ lọc và bộ cách ly. Sự cách ly của cầu 3dB được thiết kế tốt có thể lớn hơn 33dB.
 
Bộ ghép định hướng được sử dụng trong hệ thống kết hợp nguồn một.
Khu vực rãnh định hướng như một ứng dụng khác của tổ hợp công suất được thể hiện trong hình (a) bên dưới. Trong mạch này, tính định hướng của bộ ghép định hướng đã được áp dụng một cách khéo léo. Giả sử rằng độ ghép của hai bộ ghép đều là 10dB và độ định hướng đều là 25dB thì độ cách ly giữa hai đầu f1 và f2 là 45dB. Nếu đầu vào của f1 và f2 đều là 0dBm thì đầu ra kết hợp đều là -10dBm. So với bộ ghép Wilkinson trong hình (b) bên dưới (giá trị cách ly điển hình của nó là 20dB), tín hiệu đầu vào tương tự của OdBm, sau khi tổng hợp, có -3dBm (không tính đến tổn thất chèn). So với điều kiện giữa các mẫu, chúng ta tăng tín hiệu đầu vào ở hình (a) lên 7dB để đầu ra của nó phù hợp với hình (b). Lúc này, khoảng cách giữa f1 và f2 trong hình (a) “giảm” “Là 38 dB. Kết quả so sánh cuối cùng là phương pháp tổng hợp công suất của bộ ghép định hướng cao hơn bộ ghép Wilkinson 18dB. Sơ đồ này phù hợp cho phép đo xuyên điều chế của mười bộ khuếch đại.

Bộ ghép định hướng được sử dụng trong hệ thống tổ hợp nguồn 2

2, được sử dụng để đo chống nhiễu máy thu hoặc đo giả
Trong hệ thống đo lường và kiểm tra RF, thường có thể nhìn thấy mạch thể hiện trong hình bên dưới. Giả sử DUT (thiết bị hoặc thiết bị được kiểm tra) là một máy thu. Trong trường hợp đó, tín hiệu nhiễu kênh lân cận có thể được đưa vào máy thu thông qua đầu ghép nối của bộ ghép định hướng. Sau đó, một máy kiểm tra tích hợp được kết nối với chúng thông qua bộ ghép định hướng có thể kiểm tra điện trở của máy thu—hiệu suất hàng nghìn lần nhiễu. Nếu DUT là điện thoại di động, bộ phát của điện thoại có thể được bật bằng máy kiểm tra toàn diện được kết nối với đầu khớp nối của bộ ghép định hướng. Sau đó, máy phân tích phổ có thể được sử dụng để đo đầu ra giả của điện thoại cảnh. Tất nhiên, một số mạch lọc nên được thêm vào trước máy phân tích phổ. Vì ví dụ này chỉ thảo luận về ứng dụng của bộ ghép định hướng nên mạch lọc bị bỏ qua.

Bộ ghép định hướng được sử dụng để đo khả năng chống nhiễu của máy thu hoặc chiều cao giả của điện thoại di động.
Trong mạch thử nghiệm này, tính định hướng của bộ ghép định hướng là rất quan trọng. Máy phân tích phổ được kết nối với đầu xuyên qua chỉ muốn nhận tín hiệu từ DUT và không muốn nhận mật khẩu từ đầu ghép nối.

3, để lấy mẫu và giám sát tín hiệu
Đo lường và giám sát trực tuyến máy phát có thể là một trong những ứng dụng được sử dụng rộng rãi nhất của bộ ghép định hướng. Hình dưới đây là một ứng dụng điển hình của bộ ghép định hướng để đo trạm gốc di động. Giả sử công suất đầu ra của máy phát là 43dBm (20W), khớp nối của bộ ghép định hướng. Công suất là 30dB, tổn thất chèn (tổn hao đường truyền cộng với tổn thất ghép) là 0,15dB. Đầu ghép nối có tín hiệu 13dBm (20mW) được gửi đến máy kiểm tra trạm gốc, đầu ra trực tiếp của bộ ghép định hướng là 42,85dBm (19,3W) và rò rỉ là Nguồn điện ở phía cách ly được hấp thụ bởi tải.

Bộ ghép định hướng được sử dụng để đo trạm gốc.
Hầu hết tất cả các máy phát đều sử dụng phương pháp này để lấy mẫu và giám sát trực tuyến và có lẽ chỉ phương pháp này mới có thể đảm bảo kiểm tra hiệu suất của máy phát trong điều kiện làm việc bình thường. Nhưng cần lưu ý rằng bài kiểm tra máy phát giống nhau và những người kiểm tra khác nhau có những mối quan tâm khác nhau. Lấy các trạm gốc WCDMA làm ví dụ, các nhà khai thác phải chú ý đến các chỉ số trong dải tần làm việc của họ (2110 ~ 2170 MHz), chẳng hạn như chất lượng tín hiệu, công suất trong kênh, công suất kênh lân cận, v.v. Theo tiền đề này, các nhà sản xuất sẽ cài đặt tại đầu ra của trạm gốc Bộ ghép hướng băng hẹp (chẳng hạn như 2110 ~ 2170 MHz) để theo dõi điều kiện làm việc trong băng tần của máy phát và gửi đến trung tâm điều khiển bất cứ lúc nào.
Nếu là bộ điều chỉnh phổ tần số vô tuyến - trạm giám sát vô tuyến để kiểm tra các chỉ số của trạm gốc mềm thì trọng tâm của nó lại hoàn toàn khác. Theo yêu cầu thông số kỹ thuật quản lý vô tuyến, dải tần thử nghiệm được mở rộng đến 9kHz ~ 12,75GHz và trạm gốc được thử nghiệm rất rộng. Bao nhiêu bức xạ giả sẽ được tạo ra trong băng tần và cản trở hoạt động thường xuyên của các trạm gốc khác? Một mối quan tâm của các trạm giám sát vô tuyến. Tại thời điểm này, cần có bộ ghép hướng có cùng băng thông để lấy mẫu tín hiệu, nhưng dường như không tồn tại bộ ghép định hướng có thể bao phủ tần số 9kHz ~ 12,75GHz. Chúng ta biết rằng chiều dài của nhánh ghép của bộ ghép định hướng có liên quan đến tần số trung tâm của nó. Băng thông của bộ ghép định hướng băng thông cực rộng có thể đạt được các dải tần 5-6 quãng tám, chẳng hạn như 0,5-18GHz, nhưng không thể bao phủ dải tần dưới 500 MHz.

4, đo công suất trực tuyến
Trong công nghệ đo công suất xuyên suốt, bộ ghép định hướng là một thiết bị rất quan trọng. Hình dưới đây thể hiện sơ đồ nguyên lý của một hệ thống đo công suất cao truyền qua điển hình. Công suất chuyển tiếp từ bộ khuếch đại đang được thử nghiệm được lấy mẫu bằng đầu ghép nối thuận (đầu cuối 3) của bộ ghép định hướng và gửi đến đồng hồ đo công suất. Công suất phản xạ được lấy mẫu bằng đầu nối ngược (đầu 4) và gửi đến đồng hồ đo điện.
Bộ ghép định hướng được sử dụng để đo công suất cao.
Xin lưu ý: Ngoài việc nhận công suất phản xạ từ tải, đầu cực ghép ngược (đầu cực 4) còn nhận năng lượng rò rỉ từ hướng thuận (đầu cực 1), nguyên nhân là do tính định hướng của khớp nối định hướng. Năng lượng phản xạ là thứ mà người kiểm tra hy vọng đo được và công suất rò rỉ là nguyên nhân chính gây ra sai số trong phép đo công suất phản xạ. Công suất phản xạ và công suất rò rỉ được đặt chồng lên đầu khớp nối ngược (4 đầu) rồi đưa về đồng hồ đo công suất. Vì đường truyền của hai tín hiệu khác nhau nên đó là sự chồng chất của vectơ. Nếu công suất rò rỉ đầu vào của đồng hồ đo công suất có thể được so sánh với công suất phản xạ thì sẽ tạo ra sai số đo đáng kể.
Tất nhiên, công suất phản xạ từ tải (đầu 2) cũng sẽ rò rỉ đến đầu khớp nối thuận (đầu 1, không thể hiện trong hình trên). Tuy nhiên, độ lớn của nó là rất nhỏ so với sức mạnh chuyển tiếp, thước đo sức mạnh chuyển tiếp. Lỗi kết quả có thể được bỏ qua.

Công ty TNHH Quang Điện tử Rofea Bắc Kinh tọa lạc tại “Thung lũng Silicon” của Trung Quốc – Zhongguancun Bắc Kinh, là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên phục vụ các tổ chức nghiên cứu, viện nghiên cứu, trường đại học và nhân viên nghiên cứu khoa học doanh nghiệp trong và ngoài nước. Công ty chúng tôi chủ yếu tham gia vào nghiên cứu và phát triển độc lập, thiết kế, sản xuất, bán các sản phẩm quang điện tử và cung cấp các giải pháp sáng tạo cũng như dịch vụ chuyên nghiệp, cá nhân hóa cho các nhà nghiên cứu khoa học và kỹ sư công nghiệp. Sau nhiều năm đổi mới độc lập, nó đã hình thành một loạt sản phẩm quang điện phong phú và hoàn hảo, được sử dụng rộng rãi trong thành phố, quân sự, giao thông vận tải, năng lượng điện, tài chính, giáo dục, y tế và các ngành công nghiệp khác.

Chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn!