지향성 커플러는 마이크로파 측정 및 기타 마이크로파 시스템의 표준 마이크로파/밀리미터파 구성 요소입니다. 전력 모니터링, 소스 출력 전력 안정화, 신호 소스 분리, 전송 및 반사 주파수 스위핑 테스트 등과 같은 신호 분리, 분리 및 혼합에 사용할 수 있습니다. 방향성 마이크로파 전력 분배기이며 필수 구성 요소입니다. 최신 스윕 주파수 반사계에서. 일반적으로 도파관, 동축선, 스트립라인, 마이크로스트립 등 여러 유형이 있습니다.
그림 1은 구조의 개략도이다. 주로 본선과 보조선 두 부분으로 구성되며, 다양한 형태의 작은 구멍, 슬릿, 틈을 통해 서로 결합됩니다. 따라서 본선 끝의 "1"에서 입력되는 전원의 일부가 보조선에 연결됩니다. 파동의 간섭이나 중첩으로 인해 전력은 2차 라인을 따라서만 전송됩니다. 즉, 한 방향("순방향"이라고 함)과 다른 방향("역방향"이라고 함)에서는 전력 전송이 거의 없습니다.
그림 2는 교차 방향 커플러이며, 커플러의 포트 중 하나는 내장된 정합 부하에 연결됩니다.
방향성 커플러 적용
1, 전력 합성 시스템용
3dB 방향성 커플러(일반적으로 3dB 브리지로 알려짐)는 아래 그림과 같이 다중 반송파 주파수 합성 시스템에 일반적으로 사용됩니다. 이러한 종류의 회로는 실내 분산 시스템에서 일반적입니다. 두 전력 증폭기의 신호 f1 및 f2가 3dB 방향성 커플러를 통과한 후 각 채널의 출력에는 두 개의 주파수 성분 f1 및 f2가 포함되며 3dB는 각 주파수 성분의 진폭을 감소시킵니다. 출력 단자 중 하나가 흡수 부하에 연결된 경우 다른 출력은 수동 상호 변조 측정 시스템의 전원으로 사용될 수 있습니다. 절연을 더욱 향상시켜야 하는 경우 필터 및 절연체와 같은 일부 구성 요소를 추가할 수 있습니다. 잘 설계된 3dB 브리지의 격리는 33dB 이상이 될 수 있습니다.
방향성 커플러는 전력 결합 시스템 1에 사용됩니다.
전력 결합의 또 다른 적용인 방향성 협곡 영역은 아래 그림 (a)에 나와 있습니다. 이 회로에서는 방향성 결합기의 지향성이 교묘하게 적용되었습니다. 두 커플러의 결합 정도가 모두 10dB이고 지향성이 모두 25dB라고 가정하면 f1과 f2 끝 사이의 격리는 45dB입니다. f1과 f2의 입력이 모두 0dBm이면 결합된 출력은 모두 -10dBm입니다. 아래 그림 (b)의 Wilkinson 커플러(일반적인 절연 값은 20dB)와 비교하면 OdBm의 동일한 입력 신호는 합성 후 -3dBm입니다(삽입 손실을 고려하지 않음). 샘플 간 조건과 비교하여 그림 (a)의 입력 신호를 7dB 증가시켜 출력이 그림 (b)와 일치하도록 합니다. 이때 그림 (a)의 f1과 f2 사이의 격리도는 "감소" "38dB입니다. 최종 비교 결과 방향성 커플러의 전력 합성 방식이 윌킨슨 커플러에 비해 18dB 더 높은 것으로 나타났다. 이 방식은 10개 증폭기의 상호 변조 측정에 적합합니다.
전력 결합 시스템 2에는 방향성 커플러가 사용됩니다.
2, 수신기 간섭 방지 측정 또는 스퓨리어스 측정에 사용됩니다.
RF 테스트 및 측정 시스템에서는 아래 그림과 같은 회로를 자주 볼 수 있습니다. DUT(테스트 대상 장치 또는 장비)가 수신기라고 가정합니다. 이 경우, 인접 채널 간섭 신호는 방향성 결합기의 결합 끝을 통해 수신기로 주입될 수 있습니다. 그런 다음 방향성 커플러를 통해 연결된 통합 테스터가 수신기 저항, 즉 수천 개의 간섭 성능을 테스트할 수 있습니다. DUT가 휴대폰인 경우 방향성 커플러의 커플링 끝에 연결된 종합 테스터를 통해 휴대폰의 송신기를 켤 수 있습니다. 그런 다음 스펙트럼 분석기를 사용하여 씬 폰의 스퓨리어스 출력을 측정할 수 있습니다. 물론 스펙트럼 분석기 이전에 일부 필터 회로를 추가해야 합니다. 이 예에서는 방향성 결합기의 적용에 대해서만 설명하므로 필터 회로는 생략됩니다.
지향성 커플러는 수신기의 간섭 방지 측정이나 휴대폰의 스퓨리어스 높이에 사용됩니다.
이 테스트 회로에서는 방향성 결합기의 방향성이 매우 중요합니다. 스루 엔드에 연결된 스펙트럼 분석기는 DUT로부터 신호만 수신하기를 원하며 커플링 엔드에서 비밀번호는 수신하기를 원하지 않습니다.
3, 신호 샘플링 및 모니터링용
송신기 온라인 측정 및 모니터링은 방향성 커플러의 가장 널리 사용되는 애플리케이션 중 하나일 수 있습니다. 다음 그림은 셀룰러 기지국 측정을 위한 방향성 커플러의 일반적인 응용 프로그램입니다. 송신기의 출력 전력이 방향성 커플러의 커플링인 43dBm(20W)이라고 가정합니다. 용량은 30dB, 삽입 손실(라인 손실 + 커플링 손실)은 0.15dB입니다. 커플링 종단에는 기지국 테스터로 전송되는 13dBm(20mW) 신호가 있고 방향성 커플러의 직접 출력은 42.85dBm(19.3W)이며 누설은 절연된 측의 전력이 부하에 의해 흡수됩니다.
방향성 커플러는 기지국 측정에 사용됩니다.
거의 모든 송신기는 온라인 샘플링 및 모니터링을 위해 이 방법을 사용하며 아마도 이 방법만이 정상적인 작동 조건에서 송신기의 성능 테스트를 보장할 수 있습니다. 그러나 송신기 테스트도 마찬가지이며 테스터마다 우려 사항이 다르다는 점에 유의해야 합니다. WCDMA 기지국을 예로 들면, 사업자는 신호 품질, 채널 내 전력, 인접 채널 전력 등과 같은 작동 주파수 대역(2110~2170MHz)의 지표에 주의를 기울여야 합니다. 이 전제에 따라 제조업체는 다음 위치에 설치합니다. 기지국의 출력 끝 송신기의 대역 내 작업 조건을 모니터링하고 언제든지 제어 센터로 보내는 협대역(예: 2110~2170MHz) 지향성 커플러입니다.
무선 주파수 스펙트럼의 조정기(소프트 기지국 표시기를 테스트하는 무선 모니터링 스테이션)라면 그 초점은 완전히 다릅니다. 무선 관리 사양 요구 사항에 따라 테스트 주파수 범위는 9kHz~12.75GHz로 확장되었으며 테스트된 기지국은 매우 광범위합니다. 주파수 대역에서 얼마나 많은 스퓨리어스 방사선이 생성되어 다른 기지국의 정규 작동을 방해합니까? 무선 감시국의 우려 사항. 이때 신호 샘플링을 위해서는 동일한 대역폭을 갖는 방향성 커플러가 필요하지만, 9kHz~12.75GHz를 커버할 수 있는 방향성 커플러는 없는 것으로 보인다. 방향성 커플러의 커플링 암 길이는 중심 주파수와 관련이 있다는 것을 알고 있습니다. 초광대역 방향성 결합기의 대역폭은 0.5~18GHz 등 5~6옥타브 대역을 달성할 수 있지만 500MHz 미만의 주파수 대역은 커버할 수 없습니다.
4, 온라인 전력 측정
관통형 전력 측정 기술에서 방향성 결합기는 매우 중요한 장치입니다. 다음 그림은 일반적인 패스스루 고전력 측정 시스템의 개략도를 보여줍니다. 테스트 중인 증폭기의 순방향 전력은 방향성 커플러의 순방향 커플링 끝(단자 3)에서 샘플링되어 전력계로 전송됩니다. 반사된 전력은 역방향 커플링 단자(단자 4)에서 샘플링되어 전력계로 전송됩니다.
고전력 측정에는 방향성 커플러가 사용됩니다.
참고: 역방향 커플링 단자(단자 4)는 부하에서 반사된 전력을 수신하는 것 외에도 방향성 커플러의 지향성으로 인해 발생하는 순방향(단자 1)에서 누설 전력도 수신합니다. 반사된 에너지는 테스터가 측정하고자 하는 것이며, 누설 전력은 반사 전력 측정 오류의 주요 원인입니다. 반사 전력과 누설 전력은 역결합 끝(4개 끝)에 중첩된 후 전력계로 전송됩니다. 두 신호의 전송 경로가 다르기 때문에 벡터 중첩입니다. 전력계에 입력된 누설 전력을 반사 전력과 비교할 수 있으면 상당한 측정 오류가 발생합니다.
물론 부하(끝 2)에서 반사된 전력은 순방향 커플링 끝(끝 1, 위 그림에는 표시되지 않음)으로 누출됩니다. 그럼에도 불구하고 그 크기는 전방의 힘을 측정하는 전방 전력에 비해 미미합니다. 결과 오류는 무시할 수 있습니다.
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게시 시간: 2023년 4월 20일