Kopler arah adalah komponen gelombang mikro/gelombang milimeter standar dalam pengukuran gelombang mikro dan sistem gelombang mikro lainnya. Komponen ini dapat digunakan untuk isolasi, pemisahan, dan pencampuran sinyal, seperti pemantauan daya, stabilisasi daya keluaran sumber, isolasi sumber sinyal, pengujian penyapuan frekuensi transmisi dan refleksi, dll. Ini adalah pembagi daya gelombang mikro terarah, dan merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam reflektometer frekuensi sapuan modern. Biasanya, ada beberapa jenis, seperti pandu gelombang, saluran koaksial, stripline, dan mikrostrip.
Gambar 1 adalah diagram skematik dari strukturnya. Struktur ini terutama terdiri dari dua bagian, yaitu saluran utama dan saluran bantu, yang dihubungkan satu sama lain melalui berbagai bentuk lubang kecil, celah, dan lubang sempit. Oleh karena itu, sebagian daya masukan dari "1" di ujung saluran utama akan dihubungkan ke saluran sekunder. Karena interferensi atau superposisi gelombang, daya hanya akan ditransmisikan sepanjang saluran sekunder dalam satu arah (disebut "maju"), dan hampir tidak ada transmisi daya dalam satu arah lainnya (disebut "balik").
Gambar 2 adalah coupler arah silang, salah satu port pada coupler tersebut terhubung ke beban pencocokan bawaan.
Penerapan Kopler Arah
1, untuk sistem sintesis daya
Kopler arah 3dB (umumnya dikenal sebagai jembatan 3dB) biasanya digunakan dalam sistem sintesis frekuensi multi-carrier, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Jenis rangkaian ini umum digunakan dalam sistem terdistribusi dalam ruangan. Setelah sinyal f1 dan f2 dari dua penguat daya melewati kopler arah 3dB, output dari setiap saluran berisi dua komponen frekuensi f1 dan f2, dan amplitudo setiap komponen frekuensi dikurangi 3dB. Jika salah satu terminal output dihubungkan ke beban penyerap, output lainnya dapat digunakan sebagai sumber daya sistem pengukuran intermodulasi pasif. Jika Anda perlu meningkatkan isolasi lebih lanjut, Anda dapat menambahkan beberapa komponen seperti filter dan isolator. Isolasi jembatan 3dB yang dirancang dengan baik dapat lebih dari 33dB.
Kopler arah digunakan dalam sistem penggabungan daya satu.
Area saluran arah sebagai aplikasi lain dari penggabungan daya ditunjukkan pada gambar (a) di bawah ini. Pada rangkaian ini, direktivitas coupler arah telah diterapkan dengan cerdas. Dengan asumsi bahwa derajat kopling kedua coupler adalah 10dB dan direktivitasnya adalah 25dB, isolasi antara ujung f1 dan f2 adalah 45dB. Jika input f1 dan f2 keduanya 0dBm, output gabungannya adalah -10dBm. Dibandingkan dengan coupler Wilkinson pada gambar (b) di bawah ini (nilai isolasi tipikalnya adalah 20dB), sinyal input yang sama sebesar 0dBm, setelah sintesis, terdapat -3dBm (tanpa mempertimbangkan kerugian penyisipan). Dibandingkan dengan kondisi antar sampel, kita meningkatkan sinyal input pada gambar (a) sebesar 7dB sehingga outputnya konsisten dengan gambar (b). Pada saat ini, isolasi antara f1 dan f2 pada gambar (a) “menurun” menjadi 38 dB. Hasil perbandingan akhir menunjukkan bahwa metode sintesis daya coupler arah 18 dB lebih tinggi daripada coupler Wilkinson. Skema ini cocok untuk pengukuran intermodulasi sepuluh amplifier.
Kopler arah digunakan dalam sistem penggabungan daya 2
2, digunakan untuk pengukuran anti-interferensi penerima atau pengukuran spurious.
Dalam sistem pengujian dan pengukuran RF, rangkaian yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini sering terlihat. Misalkan DUT (perangkat atau peralatan yang diuji) adalah penerima. Dalam hal ini, sinyal interferensi saluran yang berdekatan dapat disuntikkan ke penerima melalui ujung kopling directional coupler. Kemudian, penguji terpadu yang terhubung ke penerima melalui directional coupler dapat menguji resistansi penerima—kinerja interferensi ribuan. Jika DUT adalah telepon seluler, pemancar telepon dapat dihidupkan oleh penguji terpadu yang terhubung ke ujung kopling directional coupler. Kemudian, penganalisis spektrum dapat digunakan untuk mengukur output spurious dari telepon seluler tersebut. Tentu saja, beberapa rangkaian filter harus ditambahkan sebelum penganalisis spektrum. Karena contoh ini hanya membahas aplikasi directional coupler, rangkaian filter dihilangkan.
Penghubung arah (directional coupler) digunakan untuk pengukuran anti-interferensi pada penerima atau ketinggian spurious pada telepon seluler.
Pada rangkaian uji ini, pengarahan (directivity) dari coupler arah sangat penting. Penganalisis spektrum yang terhubung ke ujung keluaran hanya ingin menerima sinyal dari DUT dan tidak ingin menerima kata sandi dari ujung penghubung.
3, untuk pengambilan sampel dan pemantauan sinyal
Pengukuran dan pemantauan pemancar secara online mungkin merupakan salah satu aplikasi yang paling banyak digunakan dari coupler arah. Gambar berikut adalah aplikasi tipikal coupler arah untuk pengukuran stasiun pangkalan seluler. Misalkan daya keluaran pemancar adalah 43dBm (20W), kapasitas kopling coupler arah adalah 30dB, rugi penyisipan (rugi saluran ditambah rugi kopling) adalah 0,15dB. Ujung kopling mengirimkan sinyal 13dBm (20mW) ke penguji stasiun pangkalan, keluaran langsung coupler arah adalah 42,85dBm (19,3W), dan kebocoran adalah daya pada sisi terisolasi yang diserap oleh beban.
Penghubung arah (directional coupler) digunakan untuk pengukuran stasiun pangkalan.
Hampir semua pemancar menggunakan metode ini untuk pengambilan sampel dan pemantauan online, dan mungkin hanya metode ini yang dapat menjamin pengujian kinerja pemancar dalam kondisi kerja normal. Namun perlu dicatat bahwa pengujian pemancar yang sama berlaku untuk semua penguji, dan penguji yang berbeda memiliki perhatian yang berbeda pula. Mengambil contoh stasiun pangkalan WCDMA, operator harus memperhatikan indikator dalam pita frekuensi kerja mereka (2110~2170MHz), seperti kualitas sinyal, daya dalam saluran, daya saluran yang berdekatan, dll. Dengan premis ini, produsen akan memasang coupler arah pita sempit (seperti 2110~2170MHz) di ujung keluaran stasiun pangkalan untuk memantau kondisi kerja pemancar dalam pita frekuensi dan mengirimkannya ke pusat kendali kapan saja.
Jika yang bertugas sebagai regulator spektrum frekuensi radio adalah stasiun pemantauan radio yang menguji indikator stasiun basis lunak, fokusnya akan sangat berbeda. Menurut persyaratan spesifikasi manajemen radio, rentang frekuensi uji diperluas hingga 9kHz~12,75GHz, dan stasiun basis yang diuji sangat luas. Berapa banyak radiasi palsu yang akan dihasilkan dalam pita frekuensi tersebut dan mengganggu operasi reguler stasiun basis lainnya? Ini menjadi perhatian stasiun pemantauan radio. Pada saat ini, diperlukan coupler arah dengan bandwidth yang sama untuk pengambilan sampel sinyal, tetapi coupler arah yang dapat mencakup 9kHz~12,75GHz tampaknya tidak ada. Kita tahu bahwa panjang lengan kopling coupler arah berkaitan dengan frekuensi pusatnya. Bandwidth coupler arah ultra-wideband dapat mencapai pita 5-6 oktaf, seperti 0,5-18GHz, tetapi pita frekuensi di bawah 500MHz tidak dapat dicakup.
4. Pengukuran daya online
Dalam teknologi pengukuran daya tipe tembus, coupler arah merupakan perangkat yang sangat penting. Gambar berikut menunjukkan diagram skematik dari sistem pengukuran daya tinggi tipe tembus yang khas. Daya maju dari penguat yang sedang diuji diambil sampelnya oleh ujung kopling maju (terminal 3) dari coupler arah dan dikirim ke pengukur daya. Daya pantul diambil sampelnya oleh terminal kopling balik (terminal 4) dan dikirim ke pengukur daya.
Kopler arah digunakan untuk pengukuran daya tinggi.
Harap diperhatikan: Selain menerima daya pantulan dari beban, terminal kopling balik (terminal 4) juga menerima daya bocor dari arah maju (terminal 1), yang disebabkan oleh pengarahan kopling arah. Energi pantulan inilah yang ingin diukur oleh penguji, dan daya bocor merupakan sumber utama kesalahan dalam pengukuran daya pantulan. Daya pantulan dan daya bocor ditumpangkan pada ujung kopling balik (ujung 4) dan kemudian dikirim ke pengukur daya. Karena jalur transmisi kedua sinyal berbeda, maka ini merupakan superposisi vektor. Jika daya bocor yang masuk ke pengukur daya dapat dibandingkan dengan daya pantulan, maka akan menghasilkan kesalahan pengukuran yang signifikan.
Tentu saja, daya pantulan dari beban (ujung 2) juga akan bocor ke ujung kopling maju (ujung 1, tidak ditunjukkan pada gambar di atas). Namun, besarnya minimal dibandingkan dengan daya maju, yang mengukur kekuatan maju. Kesalahan yang dihasilkan dapat diabaikan.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., yang berlokasi di “Lembah Silikon” Tiongkok – Beijing Zhongguancun, adalah perusahaan teknologi tinggi yang berdedikasi untuk melayani lembaga penelitian, institut penelitian, universitas, dan personel penelitian ilmiah perusahaan baik di dalam maupun luar negeri. Perusahaan kami terutama bergerak dalam penelitian dan pengembangan independen, desain, manufaktur, dan penjualan produk optoelektronik, serta menyediakan solusi inovatif dan layanan profesional dan personal untuk para peneliti ilmiah dan insinyur industri. Setelah bertahun-tahun berinovasi secara independen, perusahaan telah membentuk serangkaian produk fotolistrik yang kaya dan sempurna, yang banyak digunakan di berbagai industri seperti pemerintahan kota, militer, transportasi, tenaga listrik, keuangan, pendidikan, medis, dan lainnya.
Kami menantikan kerja sama dengan Anda!
Waktu posting: 20 April 2023