Suuntakytkimet ovat mikroaalto-/millimetriaaltokomponentteja mikroaaltomittauksissa ja muissa mikroaaltojärjestelmissä. Niitä voidaan käyttää signaalin eristämiseen, erotteluun ja sekoittamiseen, kuten tehonvalvontaan, lähteen lähtötehon vakauttamiseen, signaalilähteen eristämiseen, lähetys- ja heijastustaajuuden pyyhkäisytestaukseen jne. Ne ovat suuntaavia mikroaaltojen tehonjakajia, ja ne ovat välttämättömiä komponentteja nykyaikaisissa pyyhkäisytaajuisissa heijastusmittareissa. Yleensä niitä on useita tyyppejä, kuten aaltojohto-, koaksiaalijohto-, liuskajohto- ja mikroliuskaliittimiä.
Kuva 1 on kaaviokuva rakenteesta. Se sisältää pääasiassa kaksi osaa, päälinjan ja apulinjan, jotka on kytketty toisiinsa erilaisten pienten reikien, rakojen ja välien kautta. Siksi osa päälinjan päässä olevasta "1":stä tulevasta tehosta kytketään toisiolinjaan. Aaltojen interferenssin tai päällekkäisyyden vuoksi teho siirtyy toisiolinjaa pitkin vain yhteen suuntaan ("eteenpäin") ja toiseen suuntaan. Tehonsiirtoa ei juurikaan tapahdu yhdessä suunnassa ("taaksepäin").
Kuvassa 2 on ristisuuntainen kytkin, jonka yksi porteista on kytketty sisäänrakennettuun vastaavaan kuormaan.
Suuntakytkimen käyttö
1, tehonsynteesijärjestelmälle
3dB:n suuntakytkintä (yleisesti tunnettu 3dB-sillana) käytetään yleensä monikantoaaltotaajuussynteesijärjestelmässä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Tällainen piiri on yleinen sisätiloissa sijaitsevissa hajautetuissa järjestelmissä. Kun kahden tehovahvistimen signaalit f1 ja f2 kulkevat 3dB:n suuntakytkimen läpi, kunkin kanavan lähtö sisältää kaksi taajuuskomponenttia f1 ja f2, ja 3dB pienentää kunkin taajuuskomponentin amplitudia. Jos toinen lähtöliittimistä on kytketty absorboivaan kuormaan, toista lähtöä voidaan käyttää passiivisen intermodulaatiomittausjärjestelmän virtalähteenä. Jos eristystä on tarpeen parantaa entisestään, voidaan lisätä komponentteja, kuten suodattimia ja eristimiä. Hyvin suunnitellun 3dB-sillan eristys voi olla yli 33dB.
Suuntakytkintä käytetään tehon yhdistämisjärjestelmässä yksi.
Suuntauskaivoalue tehon yhdistämisen toisena sovellusmuotona on esitetty alla olevassa kuvassa (a). Tässä piirissä suuntakytkimen suuntaavuutta on sovellettu nerokkaasti. Olettaen, että molempien kytkimien kytkentäasteet ovat molemmat 10 dB ja suuntaavuus on molemmat 25 dB, eristys f1- ja f2-päiden välillä on 45 dB. Jos sekä f1- että f2-tulojen arvot ovat 0 dBm, yhdistetty lähtö on molemmat -10 dBm. Verrattuna alla olevaan kuvaan (b) esitettyyn Wilkinson-kytkimeen (sen tyypillinen eristysarvo on 20 dB), sama 0 dBm:n tulosignaali synteesin jälkeen on -3 dBm (ottamatta huomioon väliinkytkentähäviötä). Verrattuna näytteiden väliseen ehtoon, kasvatamme kuvan (a) tulosignaalia 7 dB:llä, jotta sen lähtö on yhdenmukainen kuvan (b) kanssa. Tällöin kuvassa (a) esitetty eristys f1:n ja f2:n välillä "pienenee" 38 dB. Lopullinen vertailutulos on, että suuntakytkimen tehonsynteesimenetelmä on 18 dB suurempi kuin Wilkinson-kytkimen. Tämä menetelmä soveltuu kymmenen vahvistimen keskinäismodulaatiomittaukseen.
Suuntakytkintä käytetään tehon yhdistämisjärjestelmässä 2
2, käytetään vastaanottimen häiriöidenestometaukseen tai virheelliseen mittaukseen
RF-testaus- ja mittausjärjestelmässä alla olevassa kuvassa esitetty kytkentä on usein nähtävissä. Oletetaan, että testattava laite on vastaanotin. Tässä tapauksessa viereisen kanavan häiriösignaali voidaan syöttää vastaanottimeen suuntakytkimen kytkentäpään kautta. Sitten niihin suuntakytkimen kautta kytketty integroitu testeri voi testata vastaanottimen resistanssia – tuhannen häiriön suorituskykyä. Jos testattava laite on matkapuhelin, puhelimen lähetin voidaan kytkeä päälle suuntakytkimen kytkentäpäähän kytketyllä kattavalla testerillä. Sitten spektrianalysaattoria voidaan käyttää mittaamaan kohtauspuhelimen harhasignaalia. Tietenkin joitakin suodatinpiirejä tulisi lisätä ennen spektrianalysaattoria. Koska tässä esimerkissä käsitellään vain suuntakytkimien käyttöä, suodatinpiiri jätetään pois.
Suuntakytkintä käytetään vastaanottimen tai matkapuhelimen harhaanjohtavan korkeuden mittaamiseen häiriöiden varalta.
Tässä testipiirissä suuntakytkimen suuntaavuus on erittäin tärkeä. Läpivientipäähän kytketty spektrianalysaattori haluaa vastaanottaa vain signaalin testattavasta laitteesta eikä salasanaa kytkentäpäästä.
3, signaalin näytteenottoa ja valvontaa varten
Lähettimen online-mittaus ja -valvonta voi olla yksi suuntakytkimien yleisimmin käytetyistä sovelluksista. Seuraava kuva on tyypillinen suuntakytkimien sovellus matkapuhelinverkon tukiasemien mittauksissa. Oletetaan, että lähettimen lähtöteho on 43 dBm (20 W), suuntakytkimen kytkentä. Kapasiteetti on 30 dB, lisäyshäviö (linjahäviö plus kytkentähäviö) on 0,15 dB. Kytkentäpäästä lähetetään 13 dBm (20 mW) signaali tukiaseman testauslaitteeseen, suuntakytkimen suora lähtö on 42,85 dBm (19,3 W) ja vuoto on. Eristetyn puolen teho absorboituu kuormaan.
Suuntakytkintä käytetään tukiaseman mittaamiseen.
Lähes kaikki lähettimet käyttävät tätä menetelmää online-näytteenottoon ja -valvontaan, ja ehkä vain tämä menetelmä voi taata lähettimen suorituskykytestin normaaleissa käyttöolosuhteissa. On kuitenkin huomattava, että sama pätee lähettimen testeihin, ja eri testaajilla on erilaiset huolenaiheet. Esimerkiksi WCDMA-tukiasemia käytettäessä operaattoreiden on kiinnitettävä huomiota niiden työskentelytaajuusalueen (2110–2170 MHz) indikaattoreihin, kuten signaalin laatuun, kanavan sisäiseen tehoon, viereisen kanavan tehoon jne. Tämän lähtökohdan mukaisesti valmistajat asentavat tukiaseman lähtöpäähän kapeakaistaisen (kuten 2110–2170 MHz) suuntakytkimen lähettimen kaistan sisäisen toimintatilan valvomiseksi ja tiedon lähettämiseksi ohjauskeskukseen milloin tahansa.
Jos kyseessä on radiotaajuusspektrin säätelijä eli radiovalvonta-asema, joka testaa pehmeiden tukiasemien indikaattoreita, sen painopiste on täysin erilainen. Radionhallintavaatimusten mukaisesti testaustaajuusaluetta laajennetaan 9 kHz:iin – 12,75 GHz:iin, ja testattava tukiasema on niin laaja. Kuinka paljon harhasäteilyä syntyy taajuuskaistalla ja häiritsee muiden tukiasemien normaalia toimintaa? Tämä on radiovalvonta-asemien huolenaihe. Tällä hetkellä signaalin näytteenottoon tarvitaan saman kaistanleveyden omaava suuntakytkin, mutta 9 kHz – 12,75 GHz:n kaistanleveyttä kattavaa suuntakytkintä ei näytä olevan olemassa. Tiedämme, että suuntakytkimen kytkentävarren pituus liittyy sen keskitaajuuteen. Erittäin laajakaistaisen suuntakytkimen kaistanleveys voi saavuttaa 5–6 oktaavin kaistat, kuten 0,5–18 GHz, mutta alle 500 MHz:n taajuuskaistaa se ei pysty kattamaan.
4, online-tehonmittaus
Läpivirtausmittaustekniikassa suuntakytkin on erittäin kriittinen laite. Seuraava kuva esittää tyypillisen läpivirtausmittausjärjestelmän kaaviokuvan. Testattavan vahvistimen eteenpäin menevä teho näytteistetään suuntakytkimen eteenpäin menevästä kytkentäpäästä (liitin 3) ja lähetetään tehomittarille. Heijastunut teho näytteistetään taaksepäin menevästä kytkentäpäästä (liitin 4) ja lähetetään tehomittarille.
Suuntakytkintä käytetään suurtehomittauksiin.
Huomaa: Kuormasta heijastuneen tehon vastaanottamisen lisäksi vastavirtaliitäntä (liitin 4) vastaanottaa myös vuototehoa eteenpäin suunnasta (liitin 1), joka johtuu suuntakytkimen suuntaavuudesta. Heijastunut energia on se, mitä testaaja haluaa mitata, ja vuototeho on heijastuneen tehon mittauksen ensisijainen virhelähde. Heijastunut teho ja vuototeho kerrostetaan vastavirtaliitännän päässä (4 päätä) ja lähetetään sitten tehomittarille. Koska näiden kahden signaalin siirtoreitit ovat erilaiset, kyseessä on vektorisuperpositio. Jos tehomittariin syötettyä vuototehoa voidaan verrata heijastuneeseen tehoon, se tuottaa merkittävän mittausvirheen.
Kuormasta (pää 2) heijastunut teho vuotaa luonnollisesti myös eteenpäin suuntautuvaan kytkentäpäähän (pää 1, ei esitetty yllä olevassa kuvassa). Sen suuruus on kuitenkin minimaalinen verrattuna eteenpäin suuntautuvaan tehoon, joka mittaa eteenpäin suuntautuvaa voimakkuutta. Tuloksena oleva virhe voidaan jättää huomiotta.
Kiinan "Piilaaksossa" – Pekingin Zhongguancunissa – sijaitseva Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on omistautunut palvelemaan kotimaisia ja ulkomaisia tutkimuslaitoksia, tutkimuslaitoksia, yliopistoja ja yritysten tieteellisen tutkimuksen henkilöstöä. Yrityksemme harjoittaa pääasiassa optoelektronisten tuotteiden itsenäistä tutkimus- ja kehitystyötä, suunnittelua, valmistusta ja myyntiä sekä tarjoaa innovatiivisia ratkaisuja ja ammattimaisia, yksilöllisiä palveluita tieteellisille tutkijoille ja teollisuusinsinööreille. Vuosien itsenäisen innovaatiotoiminnan jälkeen se on muodostanut rikkaan ja täydellisen sarjan valosähköisiä tuotteita, joita käytetään laajalti kunnallis-, sotilas-, liikenne-, sähkö-, rahoitus-, koulutus-, lääketieteen ja muilla teollisuudenaloilla.
Odotamme innolla yhteistyötä kanssanne!
Julkaisun aika: 20. huhtikuuta 2023