Les coupleurs directionnels sont des composants micro-ondes/ondes millimétriques standard dans la mesure micro-ondes et d'autres systèmes micro-ondes.Ils peuvent être utilisés pour l'isolation, la séparation et le mélange des signaux, tels que la surveillance de la puissance, la stabilisation de la puissance de sortie de la source, l'isolation de la source du signal, le test de balayage des fréquences de transmission et de réflexion, etc. Il s'agit d'un diviseur de puissance micro-ondes directionnel, et c'est un composant indispensable dans les réflectomètres modernes à balayage de fréquence.Il en existe généralement plusieurs types, tels que le guide d'ondes, la ligne coaxiale, la ligne à ruban et le microruban.
La figure 1 est un diagramme schématique de la structure.Il comprend principalement deux parties, la ligne principale et la ligne auxiliaire, qui sont couplées l'une à l'autre par diverses formes de petits trous, fentes et espaces.Par conséquent, une partie de la puissance absorbée par le « 1 » à l’extrémité de la ligne principale sera couplée à la ligne secondaire.En raison de l'interférence ou de la superposition des ondes, la puissance ne sera transmise que le long de la ligne secondaire, dans un sens (appelé « avant ») et dans l'autre. Il n'y a presque pas de transmission de puissance dans un seul ordre (appelé « inverse »)
La figure 2 est un coupleur transversal, l'un des ports du coupleur est connecté à une charge correspondante intégrée.
Application du coupleur directionnel
1, pour le système de synthèse de puissance
Un coupleur directionnel 3 dB (communément appelé pont 3 dB) est généralement utilisé dans un système de synthèse de fréquence multiporteuse, comme le montre la figure ci-dessous.Ce type de circuit est courant dans les systèmes distribués intérieurs.Une fois que les signaux f1 et f2 de deux amplificateurs de puissance traversent un coupleur directionnel de 3 dB, la sortie de chaque canal contient deux composantes de fréquence f1 et f2, et 3 dB réduit l'amplitude de chaque composante de fréquence.Si l'une des bornes de sortie est connectée à une charge absorbante, l'autre sortie peut être utilisée comme source d'alimentation du système de mesure d'intermodulation passive.Si vous devez améliorer davantage l'isolation, vous pouvez ajouter certains composants tels que des filtres et des isolateurs.L'isolation d'un pont 3dB bien conçu peut être supérieure à 33dB.
Le coupleur directionnel est utilisé dans le premier système de combinaison de puissance.
La zone des ravins directionnels, en tant qu'autre application de la combinaison de puissance, est illustrée dans la figure (a) ci-dessous.Dans ce circuit, la directivité du coupleur directionnel a été intelligemment appliquée.En supposant que les degrés de couplage des deux coupleurs sont tous deux de 10 dB et que la directivité est de 25 dB, l'isolation entre les extrémités f1 et f2 est de 45 dB.Si les entrées de f1 et f2 sont toutes deux de 0 dBm, la sortie combinée est toutes deux de -10 dBm.Comparé au coupleur Wilkinson de la figure (b) ci-dessous (sa valeur d'isolation typique est de 20 dB), le même signal d'entrée d'OdBm, après synthèse, il y a -3 dBm (sans tenir compte de la perte d'insertion).Par rapport à la condition inter-échantillons, nous augmentons le signal d'entrée de la figure (a) de 7 dB afin que sa sortie soit cohérente avec la figure (b).A ce moment, l'isolation entre f1 et f2 sur la figure (a) « diminue » « est de 38 dB.Le résultat final de la comparaison est que la méthode de synthèse de puissance du coupleur directionnel est 18 dB supérieure à celle du coupleur Wilkinson.Ce schéma convient à la mesure d'intermodulation de dix amplificateurs.
Un coupleur directionnel est utilisé dans le système de combinaison de puissance 2
2, utilisé pour la mesure anti-interférence du récepteur ou la mesure parasite
Dans le système de test et de mesure RF, le circuit illustré dans la figure ci-dessous est souvent visible.Supposons que le DUT (appareil ou équipement testé) soit un récepteur.Dans ce cas, un signal d'interférence de canal adjacent peut être injecté dans le récepteur via l'extrémité de couplage du coupleur directionnel.Ensuite, un testeur intégré connecté à eux via le coupleur directionnel peut tester la résistance du récepteur – des performances en milliers d'interférences.Si le DUT est un téléphone cellulaire, l'émetteur du téléphone peut être activé par un testeur complet connecté à l'extrémité de couplage du coupleur directionnel.Ensuite, un analyseur de spectre peut être utilisé pour mesurer la sortie parasite du téléphone de scène.Bien entendu, certains circuits de filtrage doivent être ajoutés avant l'analyseur de spectre.Étant donné que cet exemple ne traite que de l'application des coupleurs directionnels, le circuit de filtrage est omis.
Le coupleur directionnel est utilisé pour la mesure anti-interférence du récepteur ou de la hauteur parasite du téléphone portable.
Dans ce circuit de test, la directivité du coupleur directionnel est très importante.L'analyseur de spectre connecté à l'extrémité de passage souhaite uniquement recevoir le signal du DUT et ne souhaite pas recevoir le mot de passe de l'extrémité de couplage.
3, pour l'échantillonnage et la surveillance du signal
La mesure et la surveillance en ligne des émetteurs peuvent être l'une des applications les plus largement utilisées des coupleurs directionnels.La figure suivante est une application typique des coupleurs directionnels pour la mesure des stations de base cellulaires.Supposons que la puissance de sortie de l'émetteur soit de 43 dBm (20 W), le couplage du coupleur directionnel.La capacité est de 30 dB, la perte d'insertion (perte de ligne plus perte de couplage) est de 0,15 dB.L'extrémité du couplage a un signal de 13 dBm (20 mW) envoyé au testeur de la station de base, la sortie directe du coupleur directionnel est de 42,85 dBm (19,3 W) et la fuite est la puissance du côté isolé est absorbée par une charge.
Le coupleur directionnel est utilisé pour la mesure de la station de base.
Presque tous les émetteurs utilisent cette méthode pour l'échantillonnage et la surveillance en ligne, et peut-être que seule cette méthode peut garantir le test de performance de l'émetteur dans des conditions de travail normales.Mais il convient de noter que le test de l'émetteur est le même et que différents testeurs ont des préoccupations différentes.En prenant les stations de base WCDMA comme exemple, les opérateurs doivent prêter attention aux indicateurs dans leur bande de fréquence de travail (2 110 ~ 2 170 MHz), tels que la qualité du signal, la puissance dans le canal, la puissance du canal adjacent, etc. l'extrémité de sortie de la station de base Un coupleur directionnel à bande étroite (tel que 2110 ~ 2170 MHz) pour surveiller les conditions de travail dans la bande de l'émetteur et l'envoyer au centre de contrôle à tout moment.
S'il s'agit du régulateur du spectre des fréquences radio, la station de surveillance radio chargée de tester les indicateurs des stations de base logicielles, son objectif est entièrement différent.Selon les exigences des spécifications de gestion radio, la plage de fréquences de test est étendue à 9 kHz ~ 12,75 GHz et la station de base testée est si large.Quelle quantité de rayonnements parasites sera générée dans la bande de fréquences et interférera avec le fonctionnement régulier des autres stations de base ?Une préoccupation des stations de surveillance radio.À l'heure actuelle, un coupleur directionnel avec la même bande passante est requis pour l'échantillonnage du signal, mais un coupleur directionnel pouvant couvrir 9 kHz ~ 12,75 GHz ne semble pas exister.On sait que la longueur du bras de couplage d'un coupleur directionnel est liée à sa fréquence centrale.La bande passante d'un coupleur directionnel à bande ultra large peut atteindre 5 à 6 bandes d'octave, telles que 0,5 à 18 GHz, mais la bande de fréquence inférieure à 500 MHz ne peut pas être couverte.
4, mesure de puissance en ligne
Dans la technologie de mesure de puissance de type traversant, le coupleur directionnel est un dispositif très critique.La figure suivante montre le diagramme schématique d'un système de mesure haute puissance pass-through typique.La puissance directe de l'amplificateur testé est échantillonnée par l'extrémité de couplage direct (borne 3) du coupleur directionnel et envoyée au wattmètre.La puissance réfléchie est échantillonnée par la borne de couplage inverse (borne 4) et envoyée au wattmètre.
Un coupleur directionnel est utilisé pour la mesure de puissance élevée.
Remarque : En plus de recevoir la puissance réfléchie par la charge, la borne de couplage inverse (borne 4) reçoit également une puissance de fuite provenant de la direction avant (borne 1), provoquée par la directivité du coupleur directionnel.L'énergie réfléchie est ce que le testeur espère mesurer, et la puissance de fuite est la principale source d'erreurs dans la mesure de la puissance réfléchie.La puissance réfléchie et la puissance de fuite sont superposées à l'extrémité du couplage inverse (4 extrémités) puis envoyées au wattmètre.Les chemins de transmission des deux signaux étant différents, il s’agit d’une superposition vectorielle.Si la puissance de fuite absorbée par le wattmètre peut être comparée à la puissance réfléchie, cela produira une erreur de mesure significative.
Bien entendu, la puissance réfléchie par la charge (extrémité 2) s'échappera également vers l'extrémité du couplage avant (extrémité 1, non illustrée dans la figure ci-dessus).Pourtant, son ampleur est minime par rapport à la puissance vers l’avant, qui mesure la force vers l’avant.L'erreur résultante peut être ignorée.
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Heure de publication : 20 avril 2023