방향성 결합기는 마이크로파 측정 및 기타 마이크로파 시스템에서 표준 마이크로파/밀리미터파 구성 요소입니다. 전력 모니터링, 소스 출력 안정화, 신호 소스 분리, 송신 및 반사 주파수 스위핑 테스트 등과 같은 신호 분리, 분리 및 혼합에 사용될 수 있습니다. 방향성 마이크로파 전력 분배기이며, 최신 스위프 주파수 반사계에 필수적인 구성 요소입니다. 일반적으로 도파관, 동축선, 스트립선, 마이크로스트립 등 여러 유형이 있습니다.
그림 1은 구조의 개략도입니다. 주로 본선과 보조선 두 부분으로 구성되며, 이 두 부분은 다양한 형태의 작은 구멍, 슬릿, 틈을 통해 서로 연결됩니다. 따라서 본선 끝단의 "1"에서 입력되는 전력의 일부는 보조선에 연결됩니다. 파동의 간섭이나 중첩으로 인해 전력은 보조선을 따라 한 방향("정방향")으로만 전송되고, 다른 방향("역방향")으로는 거의 전력이 전송되지 않습니다.
그림 2는 교차 방향 결합기이며, 결합기의 포트 중 하나는 내장된 매칭 부하에 연결됩니다.
방향성 결합기의 적용
1, 전력 합성 시스템용
3dB 방향성 결합기(일반적으로 3dB 브리지라고 함)는 아래 그림과 같이 다중 반송파 주파수 합성 시스템에서 일반적으로 사용됩니다. 이러한 종류의 회로는 실내 분산 시스템에서 일반적입니다. 두 전력 증폭기의 신호 f1과 f2가 3dB 방향성 결합기를 통과한 후 각 채널의 출력에는 두 개의 주파수 성분 f1과 f2가 포함되고 3dB는 각 주파수 성분의 진폭을 감소시킵니다. 출력 단자 중 하나가 흡수 부하에 연결된 경우 다른 출력은 수동 혼변조 측정 시스템의 전원으로 사용할 수 있습니다. 격리도를 더욱 개선해야 하는 경우 필터 및 아이솔레이터와 같은 일부 부품을 추가할 수 있습니다. 잘 설계된 3dB 브리지의 격리도는 33dB 이상일 수 있습니다.
방향성 결합기는 전력 결합 시스템 1에 사용됩니다.
전력 결합의 또 다른 응용 분야인 방향성 협곡 영역은 아래 그림 (a)에 나와 있습니다. 이 회로에서는 방향성 결합기의 지향성이 교묘하게 적용되었습니다. 두 결합기의 결합 정도가 모두 10dB이고 지향성이 모두 25dB라고 가정하면 f1과 f2 끝 사이의 격리도는 45dB입니다. f1과 f2의 입력이 모두 0dBm인 경우 결합된 출력은 모두 -10dBm입니다. 아래 그림 (b)의 Wilkinson 결합기(일반적인 격리 값은 20dB)와 비교할 때, 동일한 입력 신호인 0dBm은 합성 후 -3dBm입니다(삽입 손실 고려 안 함). 샘플 간 조건과 비교할 때 그림 (a)의 입력 신호를 7dB 증가시켜 출력이 그림 (b)와 일치하도록 합니다. 이때, 그림 (a)에서 f1과 f2 사이의 격리도는 38dB로 "감소"합니다. 최종 비교 결과, 방향성 결합기의 전력 합성 방식은 윌킨슨 결합기보다 18dB 더 높습니다. 이 방식은 10개 증폭기의 혼변조 측정에 적합합니다.
전력 결합 시스템 2에서는 방향성 결합기를 사용합니다.
2, 수신기 간섭 방지 측정 또는 스퓨리어스 측정에 사용
RF 테스트 및 측정 시스템에서 아래 그림과 같은 회로를 흔히 볼 수 있습니다. DUT(테스트 대상 장치 또는 장비)가 수신기라고 가정해 보겠습니다. 이 경우, 인접 채널 간섭 신호를 방향성 결합기의 결합단을 통해 수신기에 주입할 수 있습니다. 그런 다음 방향성 결합기를 통해 수신기에 연결된 통합 테스터를 사용하여 수신기 저항(천 간섭 성능)을 테스트할 수 있습니다. DUT가 휴대전화인 경우, 방향성 결합기의 결합단에 연결된 종합 테스터를 사용하여 휴대전화의 송신기를 켤 수 있습니다. 그런 다음 스펙트럼 분석기를 사용하여 현장 휴대전화의 스퓨리어스 출력을 측정할 수 있습니다. 물론, 스펙트럼 분석기 앞에 일부 필터 회로를 추가해야 합니다. 이 예에서는 방향성 결합기의 적용에 대해서만 설명하므로 필터 회로는 생략합니다.
방향성 결합기는 수신기의 간섭 방지 측정이나 휴대전화의 스퓨리어스 높이 측정에 사용됩니다.
이 테스트 회로에서는 방향성 결합기의 지향성이 매우 중요합니다. 관통단에 연결된 스펙트럼 분석기는 DUT의 신호만 수신하고 결합단의 암호는 수신하지 않습니다.
3, 신호 샘플링 및 모니터링용
송신기 온라인 측정 및 모니터링은 방향성 결합기의 가장 널리 사용되는 응용 분야 중 하나일 수 있습니다. 다음 그림은 셀룰러 기지국 측정을 위한 방향성 결합기의 일반적인 응용 분야입니다. 송신기의 출력 전력이 43dBm(20W)이고 방향성 결합기의 결합 용량이 30dB, 삽입 손실(선로 손실 + 결합 손실)이 0.15dB라고 가정합니다. 결합단은 기지국 테스터로 13dBm(20mW) 신호를 전송하고, 방향성 결합기의 직접 출력은 42.85dBm(19.3W)이며, 누설 전력은 다음과 같습니다. 절연된 측의 전력은 부하에 의해 흡수됩니다.
방향성 결합기는 기지국 측정에 사용됩니다.
거의 모든 송신기는 온라인 샘플링 및 모니터링에 이 방법을 사용하며, 아마도 이 방법만이 정상적인 작동 조건에서 송신기의 성능 테스트를 보장할 수 있을 것입니다. 하지만 송신기 테스트는 동일하며 테스터마다 관심사가 다르다는 점에 유의해야 합니다. WCDMA 기지국을 예로 들면, 운영자는 신호 품질, 채널 내 전력, 인접 채널 전력 등과 같은 작동 주파수 대역(2110~2170MHz)의 지표에 주의를 기울여야 합니다. 이러한 전제 하에 제조업체는 기지국 출력단에 협대역(예: 2110~2170MHz) 방향성 결합기를 설치하여 송신기의 대역 내 작동 상태를 모니터링하고 언제든지 제어 센터로 전송합니다.
무선 주파수 스펙트럼의 조정자, 즉 소프트 기지국 지표를 테스트하는 무선 모니터링 스테이션이라면, 그 초점은 완전히 다릅니다. 무선 관리 사양 요건에 따라 테스트 주파수 범위는 9kHz~12.75GHz로 확장되며, 테스트되는 기지국은 매우 넓습니다. 이 주파수 대역에서 얼마나 많은 스퓨리어스가 발생하여 다른 기지국의 정상적인 작동을 방해할까요? 이는 무선 모니터링 스테이션의 관심사입니다. 현재 신호 샘플링에는 동일한 대역폭의 방향성 결합기가 필요하지만, 9kHz~12.75GHz를 커버할 수 있는 방향성 결합기는 없는 것으로 보입니다. 방향성 결합기의 결합 암 길이는 중심 주파수와 관련이 있다는 것을 알고 있습니다. 초광대역 방향성 결합기의 대역폭은 0.5~18GHz와 같은 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 소자입니다. 다음 그림은 일반적인 통과형 고전력 측정 시스템의 개략도를 보여줍니다. 시험 대상 증폭기의 순방향 전력은 방향성 결합기의 순방향 결합단(단자 3)에서 샘플링되어 전력계로 전송됩니다. 반사 전력은 역방향 결합단(단자 4)에서 샘플링되어 전력계로 전송됩니다.
고전력 측정에는 방향성 결합기가 사용됩니다.
참고: 역방향 결합 단자(단자 4)는 부하에서 반사 전력을 수신하는 것 외에도, 방향성 결합기의 지향성으로 인해 순방향(단자 1)에서 누설 전력을 수신합니다. 테스터는 반사 에너지를 측정하고자 하며, 누설 전력은 반사 전력 측정 오차의 주요 원인입니다. 반사 전력과 누설 전력은 역방향 결합 단자(단자 4)에서 중첩되어 전력계로 전송됩니다. 두 신호의 전송 경로가 다르므로 벡터 중첩이 발생합니다. 전력계로 입력되는 누설 전력을 반사 전력과 비교할 경우 상당한 측정 오차가 발생합니다.
물론, 부하(단 2)에서 반사된 전력은 전방 커플링 단(단 1, 위 그림에는 표시되지 않음)으로도 누설됩니다. 하지만 그 크기는 전방 강도를 측정하는 전방 전력에 비하면 미미합니다. 이로 인한 오차는 무시할 수 있습니다.
중국 "실리콘밸리"인 베이징 중관촌에 위치한 베이징 로페아 광전자 유한공사는 국내외 연구기관, 연구원, 대학 및 기업 과학 연구 인력에 서비스를 제공하는 첨단 기술 기업입니다. 당사는 주로 광전자 제품의 독자적인 연구 개발, 설계, 제조 및 판매에 주력하며, 과학 연구원과 산업 엔지니어에게 혁신적인 솔루션과 전문적이고 맞춤형 서비스를 제공합니다. 수년간의 독자적인 혁신을 통해 도시, 군사, 교통, 전력, 금융, 교육, 의료 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 풍부하고 완벽한 광전 제품 시리즈를 개발했습니다.
귀사와의 협력을 기대하겠습니다!
게시 시간: 2023년 4월 20일