Bộ ghép định hướng là các linh kiện vi sóng/sóng milimét tiêu chuẩn trong đo lường 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. Nó là một bộ chia công suất vi sóng định hướng và là một thành phần không thể thiếu trong các máy đo phản xạ quét tần số hiện đại. Thông thường, có một số loại, chẳng hạn như ống dẫn sóng, đường truyền đồng trục, đường truyền dải và đường truyền vi dải.
Hình 1 là sơ đồ cấu trúc. Nó chủ yếu bao gồm hai phần, đường dây chính và đường dây phụ, được nối với nhau thông qua các dạng lỗ nhỏ, khe hở và rãnh khác nhau. Do đó, một phần công suất đầu vào từ cực “1” ở đầu đường dây chính sẽ được truyền sang đường dây phụ. Do sự giao thoa hoặc chồng chất của sóng, công suất sẽ chỉ được truyền dọc theo đường dây phụ theo một hướng (gọi là “tiến”), và theo hướng ngược lại hầu như không có sự truyền tải công suất (gọi là “ngược”).
Hình 2 là một bộ ghép nối đa hướng, một trong các cổng của bộ ghép nối được kết nối với tải phối hợp tích hợp sẵn.
Ứng dụng của bộ ghép định hướng
1, dành cho hệ thống tổng hợp năng lượng
Mạch 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 hình dưới đây. Loại mạch này phổ biến trong các hệ thống phân phối trong nhà. Sau khi tín hiệu f1 và f2 từ hai bộ khuếch đại công suất đi qua mạch ghép định hướng 3dB, đầu ra của mỗi kênh chứa hai thành phần tần số f1 và f2, và biên độ của mỗi thành phần tần số được giảm 3dB. Nếu một trong các đầu ra được kết nối với tải hấp thụ, đầu ra còn lại có thể được sử dụng làm nguồn điện cho hệ thống đo điều chế liên hợp thụ động. Nếu cần cải thiện độ cách ly hơn nữa, bạn có thể thêm một số thành phần như bộ lọc và bộ cách ly. Độ cách ly của một cầu 3dB được thiết kế tốt có thể đạt hơn 33dB.
Bộ ghép định hướng được sử dụng trong hệ thống kết hợp công suất một.
Vùng rãnh định hướng, như một ứng dụng khác của việc kết hợp công suất, được thể hiện trong hình (a) bên dưới. Trong mạch này, tính định hướng của bộ ghép định hướng đã được ứng dụng một cách khéo léo. Giả sử rằng mức độ ghép nối của cả hai bộ ghép đều là 10dB và tính 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), với cùng tín hiệu đầu vào 0dBm, sau khi tổng hợp, sẽ có -3dBm (không tính đến tổn hao chèn). So với điều kiện giữa các mẫu, chúng ta tăng tín hiệu đầu vào trong hình (a) lên 7dB để đầu ra của nó phù hợp với hình (b). Tại thời điểm này, độ cách ly giữa f1 và f2 trong hình (a) “giảm” xuống còn 38 dB. Kết quả so sánh cuối cùng cho thấy phương pháp tổng hợp công suất của bộ ghép định hướng cao hơn 18 dB so với bộ ghép Wilkinson. Phương án này phù hợp cho việc đo tương hỗ của mười bộ khuếch đại.
Bộ ghép định hướng được sử dụng trong hệ thống kết hợp công suất 2.
2, được sử dụng để đo chống nhiễu cho máy thu hoặc đo nhiễu giả.
Trong hệ thống kiểm tra và đo lường tần số vô tuyến (RF), mạch điện như hình dưới đây thường được thấy. Giả sử thiết bị cần kiểm tra (DUT) là một máy thu. Trong trường hợp đó, tín hiệu nhiễu kênh liền kề có thể được đưa vào máy thu thông qua đầu 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 khả năng chống nhiễu của máy thu. Nếu DUT là một điện thoại di động, bộ phát của điện thoại có thể được bật bằng một máy kiểm tra toàn diện được kết nối với đầu nối của bộ ghép định hướng. Sau đó, một máy phân tích phổ có thể được sử dụng để đo tín hiệu nhiễu phát ra từ điện thoại. Tất nhiên, cần phải thêm một số mạch lọc trước máy phân tích phổ. Vì ví dụ này chỉ thảo luận về ứng dụng của bộ ghép định hướng, nên mạch lọc được bỏ qua.
Bộ ghép định hướng được sử dụng để đo khả năng chống nhiễu của bộ thu hoặc độ cao nhiễu giả của điện thoại di động.
Trong mạch thử nghiệm này, tính định hướng của bộ ghép định hướng rất quan trọng. Máy phân tích phổ được kết nối với đầu truyền chỉ muốn nhận tín hiệu từ thiết bị cần kiểm tra (DUT) và không muốn nhận mật khẩu từ đầu ghép.
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 lường trạm gốc di động. Giả sử công suất đầu ra của máy phát là 43dBm (20W), khả năng ghép nối của bộ ghép định hướng là 30dB, tổn hao chèn (tổn hao đường truyền cộng với tổn hao ghép nối) là 0,15dB. Đầu ghép nối có tín hiệu 13dBm (20mW) được gửi đến thiết bị kiểm tra trạm gốc, đầu ra trực tiếp của bộ ghép định hướng là 42,85dBm (19,3W), và công suất rò rỉ ở phía cách ly được hấp thụ bởi tải.
Bộ ghép định hướng được sử dụng để đo lường tại trạm gốc.
Hầu hết 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 hoạt động bình thường. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cùng một máy phát được kiểm tra, và các đơn vị 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 hoạt động của chúng (2110~2170MHz), chẳng hạn như chất lượng tín hiệu, công suất trong kênh, công suất kênh liền kề, v.v. Trên cơ sở đó, các nhà sản xuất sẽ lắp đặt ở đầu ra của trạm gốc một bộ ghép định hướng băng hẹp (chẳng hạn như 2110~2170MHz) để giám sát các điều kiện hoạt động trong băng tần của máy phát và gửi dữ liệu đến trung tâm điều khiển bất cứ lúc nào.
Nếu đó là cơ quan quản lý phổ tần vô tuyến - trạm giám sát vô tuyến để kiểm tra các chỉ số của trạm gốc mềm, thì trọng tâm của nó hoàn toàn khác. Theo yêu cầu kỹ thuật quản lý vô tuyến, dải tần thử nghiệm được mở rộng đến 9kHz~12,75GHz, và phạm vi trạm gốc được thử nghiệm rất rộng. Lượng bức xạ nhiễu sẽ được tạo ra trong dải tần này và gây nhiễu đến hoạt động bình thường của các trạm gốc khác là bao nhiêu? Đó là mối quan ngại của các trạm giám sát vô tuyến. Lúc này, cần một bộ ghép định hướng có cùng băng thông để lấy mẫu tín hiệu, nhưng dường như không tồn tại bộ ghép định hướng có thể bao phủ dải tần 9kHz~12,75GHz. Chúng ta biết rằng chiều dài của cánh tay ghép của bộ ghép định hướng có liên quan đến tần số trung tâm của nó. Băng thông của bộ ghép định hướng siêu băng rộng có thể đạt được các dải tần 5-6 quãng tám, chẳng hạn như 0,5-18GHz, nhưng dải tần dưới 500MHz thì không thể bao phủ được.
4. Đo lường công suất trực tuyến
Trong công nghệ đo công suất kiểu truyền dẫn, bộ ghép định hướng là một thiết bị rất quan trọng. Hình dưới đây thể hiện sơ đồ mạch của một hệ thống đo công suất cao kiểu truyền dẫn điển hình. Công suất truyền từ bộ khuếch đại cần kiểm tra được lấy mẫu bởi đầu ghép nối phía trước (đầu nối 3) của bộ ghép định hướng và được gửi đến máy đo công suất. Công suất phản xạ được lấy mẫu bởi đầu ghép nối phía sau (đầu nối 4) và được gửi đến máy đo công suất.
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 nối ngược (đầu nối 4) cũng nhận công suất rò rỉ từ hướng thuận (đầu nối 1), do tính định hướng của bộ ghép định hướng gây ra. Năng lượng phản xạ là thứ mà thiết bị đo muốn đo, còn công suất rò rỉ là nguồn gây lỗi chính trong phép đo công suất phản xạ. Công suất phản xạ và công suất rò rỉ được chồng chất lên nhau ở đầu nối ngược (đầu nối 4) và sau đó được gửi đến máy đo công suất. Vì đường truyền của hai tín hiệu khác nhau, nên đây là sự chồng chất vectơ. Nếu công suất rò rỉ đầu vào của máy đo công suất có thể được so sánh với công suất phản xạ, nó sẽ tạo ra sai số đo đáng kể.
Dĩ nhiên, công suất phản xạ từ tải (đầu 2) cũng sẽ rò rỉ sang đầu nối phía trước (đầu 1, không hiển thị trong hình trên). Tuy nhiên, biên độ của nó là rất nhỏ so với công suất phía trước, vốn đo cường độ phía trước. Sai số phát sinh có thể bỏ qua.
Công ty TNHH Quang điện tử Bắc Kinh Rofea, tọa lạc tại “Thung lũng Silicon” của Trung Quốc – Bắc Kinh Zhongguancun, là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên phục vụ các viện nghiên cứu, trường đại học và cán bộ nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước. Công ty chúng tôi chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển độc lập, thiết kế, sản xuất, kinh doanh các sản phẩm quang điện tử, đồng thời cung cấp các giải pháp sáng tạo và 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, công ty đã hình thành một loạt sản phẩm quang điện tử phong phú và hoàn thiện, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đô thị, quân sự, giao thông vận tải, điện lực, tài chính, giáo dục, y tế và nhiều ngành khác.
Chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn!
Thời gian đăng bài: 20/04/2023