หลักการทำงานของตัวต่อทิศทาง

ตัวเชื่อมต่อทิศทางเป็นส่วนประกอบมาตรฐานของไมโครเวฟ/คลื่นมิลลิเมตรในระบบวัดไมโครเวฟและระบบไมโครเวฟอื่นๆ สามารถใช้แยกสัญญาณ แยก และผสมสัญญาณได้ เช่น การตรวจสอบพลังงาน การรักษาเสถียรภาพพลังงานเอาต์พุตของแหล่งสัญญาณ การแยกแหล่งสัญญาณ การทดสอบการกวาดความถี่ในการส่งและการสะท้อน ฯลฯ เป็นตัวแบ่งกำลังไมโครเวฟทิศทาง และเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในรีเฟลกโตมิเตอร์แบบกวาดความถี่สมัยใหม่ โดยทั่วไปมีหลายประเภท เช่น ท่อนำคลื่น โคแอกเซียลไลน์ สตริปไลน์ และไมโครสตริป

รูปที่ 1 เป็นแผนผังของโครงสร้าง โดยประกอบด้วยส่วนหลัก 2 ส่วนคือสายหลักและสายเสริม ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยรูเล็กๆ รอยแยก และช่องว่างต่างๆ ดังนั้น ส่วนหนึ่งของพลังงานที่ป้อนจาก "1" ที่ปลายสายหลักจะเชื่อมต่อกับสายรอง เนื่องจากการรบกวนหรือการซ้อนทับของคลื่น พลังงานจึงถูกส่งไปตามสายรองเท่านั้น ทิศทางเดียว (เรียกว่า "ไปข้างหน้า") และอีกทิศทางหนึ่ง แทบไม่มีการส่งพลังงานในลำดับเดียว (เรียกว่า "ย้อนกลับ")

รูปที่ 2 เป็นตัวเชื่อมต่อแบบข้ามทิศทาง ซึ่งพอร์ตหนึ่งในตัวเชื่อมต่อจะเชื่อมต่อกับโหลดจับคู่ที่ติดตั้งอยู่ภายใน

การประยุกต์ใช้งานของ Directional Coupler

1. สำหรับระบบสังเคราะห์พลังงาน
ตัวเชื่อมต่อทิศทาง 3dB (เรียกกันทั่วไปว่าสะพาน 3dB) มักใช้ในระบบสังเคราะห์ความถี่แบบหลายพาหะ ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง วงจรประเภทนี้มักพบในระบบกระจายสัญญาณภายในอาคาร หลังจากสัญญาณ f1 และ f2 จากเครื่องขยายเสียงสองเครื่องผ่านตัวเชื่อมต่อทิศทาง 3dB เอาต์พุตของแต่ละช่องจะมีส่วนประกอบความถี่สองส่วนคือ f1 และ f2 และ 3dB จะลดแอมพลิจูดของส่วนประกอบความถี่แต่ละส่วน หากขั้วต่อเอาต์พุตหนึ่งเชื่อมต่อกับโหลดที่ดูดซับ เอาต์พุตอีกอันสามารถใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟของระบบวัดอินเตอร์โมดูเลชั่นแบบพาสซีฟได้ หากคุณต้องการปรับปรุงการแยกสัญญาณเพิ่มเติม คุณสามารถเพิ่มส่วนประกอบบางอย่าง เช่น ตัวกรองและตัวแยกสัญญาณ การแยกสัญญาณของสะพาน 3dB ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถมีค่ามากกว่า 33dB
 
ตัวเชื่อมต่อทิศทางใช้ในระบบรวมกำลังหนึ่ง
พื้นที่ร่องน้ำแบบมีทิศทางซึ่งเป็นอีกการประยุกต์ใช้การรวมกำลังไฟฟ้าแสดงอยู่ในรูป (ก) ด้านล่าง ในวงจรนี้ การกำหนดทิศทางของตัวต่อแบบมีทิศทางได้รับการใช้มาอย่างชาญฉลาด โดยถือว่าองศาการจับคู่ของตัวต่อทั้งสองตัวมีค่า 10dB และการกำหนดทิศทางมีค่า 25dB ทั้งคู่ การแยกสัญญาณระหว่างปลาย f1 และ f2 จะเท่ากับ 45dB หากอินพุตของ f1 และ f2 มีค่า 0dBm ทั้งคู่ เอาต์พุตรวมกันจะเท่ากับ -10dBm เมื่อเทียบกับตัวต่อ Wilkinson ในรูป (ข) ด้านล่าง (ค่าการแยกสัญญาณทั่วไปคือ 20dB) สัญญาณอินพุตเดียวกันของ OdBm หลังจากการสังเคราะห์จะมีค่า -3dBm (โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียการแทรก) เมื่อเปรียบเทียบกับเงื่อนไขระหว่างตัวอย่าง เราจะเพิ่มสัญญาณอินพุตในรูป (ก) ขึ้น 7dB เพื่อให้เอาต์พุตสอดคล้องกับในรูป (ข) ในขณะนี้ การแยกระหว่าง f1 และ f2 ในรูป (a) “ลดลง” คือ 38 dB ผลการเปรียบเทียบขั้นสุดท้ายคือ วิธีการสังเคราะห์กำลังของคัปเปลอร์ทิศทางสูงกว่าคัปเปลอร์วิลกินสัน 18dB โครงร่างนี้เหมาะสำหรับการวัดอินเตอร์โมดูเลชั่นของเครื่องขยายเสียงสิบเครื่อง

ตัวเชื่อมต่อทิศทางใช้ในระบบรวมกำลัง 2

2. ใช้สำหรับการวัดสัญญาณรบกวนของตัวรับหรือการวัดที่ไม่ถูกต้อง
ในระบบการทดสอบและการวัด RF มักจะเห็นวงจรที่แสดงในรูปด้านล่าง สมมติว่า DUT (อุปกรณ์หรืออุปกรณ์ที่ทดสอบ) เป็นตัวรับสัญญาณ ในกรณีนั้น สัญญาณรบกวนช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันสามารถส่งเข้าไปในตัวรับสัญญาณได้ผ่านปลายคัปปลิ้งของคัปปลิ้งทิศทาง จากนั้น เครื่องทดสอบแบบบูรณาการที่เชื่อมต่อกับสัญญาณรบกวนผ่านคัปปลิ้งทิศทางสามารถทดสอบประสิทธิภาพความต้านทานของตัวรับสัญญาณได้หนึ่งพันสัญญาณ หาก DUT เป็นโทรศัพท์มือถือ เครื่องทดสอบที่ครอบคลุมซึ่งเชื่อมต่อกับปลายคัปปลิ้งของคัปปลิ้งทิศทางสามารถเปิดเครื่องส่งสัญญาณของโทรศัพท์ได้ จากนั้น สามารถใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อวัดเอาต์พุตปลอมของโทรศัพท์ในฉากได้ แน่นอนว่าควรเพิ่มวงจรกรองบางส่วนก่อนเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เนื่องจากตัวอย่างนี้กล่าวถึงการใช้งานของคัปปลิ้งทิศทางเท่านั้น จึงละเว้นวงจรกรอง

ตัวเชื่อมต่อทิศทางใช้สำหรับวัดค่าป้องกันการรบกวนของตัวรับหรือความสูงที่ไม่แน่นอนของโทรศัพท์มือถือ
ในวงจรทดสอบนี้ การกำหนดทิศทางของตัวเชื่อมต่อทิศทางมีความสำคัญมาก เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมที่เชื่อมต่อกับปลายทะลุต้องการรับสัญญาณจาก DUT เท่านั้น และไม่ต้องการรับรหัสผ่านจากปลายตัวเชื่อมต่อ

3. สำหรับการสุ่มตัวอย่างและการตรวจสอบสัญญาณ
การวัดและติดตามสัญญาณออนไลน์ของเครื่องส่งสัญญาณอาจเป็นหนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดของตัวเชื่อมต่อทิศทาง รูปต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่นทั่วไปของตัวเชื่อมต่อทิศทางสำหรับการวัดสถานีฐานเซลลูลาร์ สมมติว่ากำลังส่งออกของเครื่องส่งสัญญาณคือ 43dBm (20W) การเชื่อมต่อของตัวเชื่อมต่อทิศทาง ความจุคือ 30dB การสูญเสียการแทรก (การสูญเสียสายบวกกับการสูญเสียการเชื่อมต่อ) คือ 0.15dB ปลายการเชื่อมต่อมีสัญญาณ 13dBm (20mW) ที่ส่งไปยังเครื่องทดสอบสถานีฐาน เอาต์พุตตรงของตัวเชื่อมต่อทิศทางคือ 42.85dBm (19.3W) และการรั่วไหลคือ พลังงานที่ด้านแยกถูกดูดซับโดยโหลด

ตัวเชื่อมต่อทิศทางใช้สำหรับการวัดสถานีฐาน
เครื่องส่งสัญญาณเกือบทั้งหมดใช้การสุ่มตัวอย่างและการตรวจสอบออนไลน์ และบางทีวิธีนี้เท่านั้นที่สามารถรับประกันการทดสอบประสิทธิภาพของเครื่องส่งสัญญาณภายใต้เงื่อนไขการทำงานปกติได้ แต่ควรสังเกตว่าการทดสอบเครื่องส่งสัญญาณก็เหมือนกัน และผู้ทดสอบแต่ละรายก็มีความกังวลที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สถานีฐาน WCDMA ผู้ให้บริการจะต้องใส่ใจกับตัวบ่งชี้ในแบนด์ความถี่การทำงาน (2110~2170MHz) เช่น คุณภาพสัญญาณ พลังงานในช่องสัญญาณ พลังงานในช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน เป็นต้น ภายใต้สมมติฐานนี้ ผู้ผลิตจะติดตั้งตัวเชื่อมต่อทิศทางแบนด์แคบ (เช่น 2110~2170MHz) ที่ปลายเอาต์พุตของสถานีฐานเพื่อตรวจสอบเงื่อนไขการทำงานในแบนด์ของเครื่องส่งสัญญาณและส่งไปยังศูนย์ควบคุมได้ตลอดเวลา
หากเป็นตัวควบคุมสเปกตรัมความถี่วิทยุ-สถานีตรวจสอบวิทยุเพื่อทดสอบตัวบ่งชี้สถานีฐานอ่อน จุดเน้นจะแตกต่างไปโดยสิ้นเชิง ตามข้อกำหนดของข้อกำหนดการจัดการวิทยุ ช่วงความถี่การทดสอบจะขยายไปถึง 9kHz~12.75GHz และสถานีฐานที่ทดสอบนั้นกว้างมาก รังสีปลอมจะถูกสร้างขึ้นในย่านความถี่และรบกวนการทำงานปกติของสถานีฐานอื่น ๆ มากเพียงใด เป็นปัญหาของสถานีตรวจสอบวิทยุ ในขณะนี้ จำเป็นต้องใช้ตัวเชื่อมต่อทิศทางที่มีแบนด์วิดท์เท่ากันสำหรับการสุ่มตัวอย่างสัญญาณ แต่ตัวเชื่อมต่อทิศทางที่ครอบคลุม 9kHz~12.75GHz ดูเหมือนจะไม่มีอยู่ เราทราบดีว่าความยาวของแขนการเชื่อมต่อของตัวเชื่อมต่อทิศทางนั้นสัมพันธ์กับความถี่กลางของมัน แบนด์วิดท์ของตัวเชื่อมต่อทิศทางแบบอัลตราไวด์แบนด์สามารถบรรลุแบนด์ 5-6 อ็อกเทฟ เช่น 0.5-18GHz แต่ไม่สามารถครอบคลุมแบนด์ความถี่ที่ต่ำกว่า 500MHz ได้

4. การวัดกำลังไฟฟ้าแบบออนไลน์
ในเทคโนโลยีการวัดกำลังไฟฟ้าแบบทะลุ ตัวต่อทิศทางเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมาก รูปภาพต่อไปนี้แสดงแผนผังของระบบการวัดกำลังไฟฟ้าสูงแบบผ่านทะลุทั่วไป กำลังไฟฟ้าไปข้างหน้าจากเครื่องขยายเสียงในการทดสอบจะถูกสุ่มตัวอย่างโดยปลายตัวต่อทิศทาง (ขั้ว 3) ของตัวต่อทิศทางและส่งไปยังมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าที่สะท้อนออกมาจะถูกสุ่มตัวอย่างโดยขั้วตัวต่อทิศทางย้อนกลับ (ขั้ว 4) และส่งไปยังมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า
ตัวเชื่อมต่อทิศทางใช้สำหรับการวัดพลังงานสูง
โปรดทราบ: นอกเหนือจากการรับพลังงานที่สะท้อนกลับจากโหลดแล้ว ขั้วต่อการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ (ขั้วต่อ 4) ยังรับพลังงานรั่วไหลจากทิศทางไปข้างหน้า (ขั้วต่อ 1) ซึ่งเกิดจากทิศทางของตัวเชื่อมต่อทิศทาง พลังงานที่สะท้อนกลับคือสิ่งที่ผู้ทดสอบหวังจะวัด และพลังงานรั่วไหลคือแหล่งที่มาหลักของข้อผิดพลาดในการวัดพลังงานที่สะท้อนกลับ พลังงานที่สะท้อนกลับและพลังงานรั่วไหลจะซ้อนทับกันที่ปลายการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ (ปลายทั้ง 4) จากนั้นจึงส่งไปยังมิเตอร์วัดพลังงาน เนื่องจากเส้นทางการส่งสัญญาณทั้งสองแตกต่างกัน จึงเป็นการซ้อนทับแบบเวกเตอร์ หากสามารถเปรียบเทียบพลังงานรั่วไหลที่ป้อนไปยังมิเตอร์วัดพลังงานกับพลังงานที่สะท้อนกลับได้ จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดที่สำคัญ
แน่นอนว่าพลังงานที่สะท้อนจากโหลด (ปลาย 2) จะรั่วไหลไปยังปลายคัปปลิ้งด้านหน้า (ปลาย 1 ไม่แสดงในรูปภาพด้านบน) เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ขนาดของพลังงานดังกล่าวถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานที่ส่งไปข้างหน้า ซึ่งวัดความแข็งแรงของการส่งไปข้างหน้า ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นสามารถละเลยได้

บริษัท Beijing Rofea Optoelectronics จำกัด ตั้งอยู่ใน "Silicon Valley" ของจีน - ปักกิ่งจงกวนชุน เป็นองค์กรด้านเทคโนโลยีขั้นสูงที่มุ่งมั่นในการให้บริการสถาบันวิจัยในประเทศและต่างประเทศ สถาบันวิจัย มหาวิทยาลัย และบุคลากรด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขององค์กร บริษัทของเรามุ่งมั่นในการวิจัยและพัฒนา ออกแบบ ผลิต จำหน่ายผลิตภัณฑ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และมอบโซลูชันนวัตกรรมและบริการเฉพาะบุคคลระดับมืออาชีพสำหรับนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรอุตสาหกรรม หลังจากหลายปีของนวัตกรรมอิสระ บริษัทได้ก่อตั้งผลิตภัณฑ์โฟโตอิเล็กทริกที่หลากหลายและสมบูรณ์แบบ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทศบาล ทหาร การขนส่ง พลังงานไฟฟ้า การเงิน การศึกษา การแพทย์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ

เรารอคอยที่จะร่วมมือกับคุณ!