Για τους μηχανικούς που ασχολούνται με την ανάλυση των μη ραδιοσυχνοτήτων κυκλωμάτων ή με την πραγματική εργασία των κυκλωτικών πλακών και των γραφικών, οι κύριες παράμετροι σήματος που τους ενδιαφέρουν είναι η τάση και το ρεύμα σε συγκεκριμένα σημεία του σχεδιασμού.Αυτές οι παραμέτρους μπορούν να μετρηθούν με τη χρήση βολτμέτρου, οσιλοσκόπου ή αντίστασης ανίχνευσης ρεύματος.
Αντίθετα, οι εργαζόμενοι στα καλωδιακά και ασύρματα πεδία ραδιοσυχνοτήτων επικεντρώνονται στην ισχύ σε watts ή milliwatts (mW), ή decibels (dB) με βάση το 1 mW (dBm).μέτρηση ισχύος ραδιοσυχνοτήτων δεν είναι εύκολο έργο, καθώς δεν υπάρχει κάτι τέτοιο ως μια απλή τάση ή ρεύμα που θα παρεμβαίνει με το σημείο λήψης σήματος μετάδοσης ισχύοςΑντίθετα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μοναδικοί πομποί και σχήματα σήματος για την αξιολόγηση των επιπέδων ισχύος ραδιοσυχνοτήτων.
Ο κατευθυντικός σύνδεσμος είναι μία από τις πιο κοινές μεθόδους,που είναι μια παθητική συσκευή που μπορεί να "αποσύρει" σήματα ραδιοσυχνοτήτων με καθορισμένο βαθμό ζεύξης και να παρέχει υψηλή απομόνωση μεταξύ του σήματος και της θύρας δειγματοληψίας.
Αυτή είναι μια πλήρως επικυρωμένη τεχνολογία που μας επιτρέπει να κατανοήσουμε την αρχή λειτουργίας των κατευθυνόμενων ζεύξεων.μειώνοντάς τις σε συσκευές τεχνολογίας μικροεπιφανειακής τοποθέτησης (SMT) κατάλληλες για κυκλώματα χαμηλής ισχύος.
Αρχή λειτουργίας του κατευθυντήριου ζεύξης
Ο καθολικός σύνδεσμος τεσσάρων θύρων έχει παθητική λειτουργία ραδιοσυχνοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της θύρας σύνδεσης (προς τα εμπρός) και της θύρας απομόνωσης (πίσω ή αντανάκλαση) (σχήμα 1, πάνω σχήμα).Ο κατευθυντικός σύνδεσμος είναι μια δομή τριών λιμένων που δεν απαιτεί τη χρήση απομονωμένων λιμένωνΗ διαμόρφωση αυτή χρησιμοποιείται για εφαρμογές που απαιτούν μόνο μία ενιαία έξοδος προώθησης (κατευθυντικής) ζεύξης (σχήμα 1, σχήμα παρακάτω).
Η λειτουργία ενός κατευθυντικού ζεύκτη είναι να πραγματοποιεί δειγματοληψία ισχύος στην γραμμή μετάδοσης σήματος χωρίς να αλλάζουν τα χαρακτηριστικά της γραμμής.Αυτό είναι κάπως παρόμοιο με τη χρήση ενός υψηλής αντίστασης βολτμέτρου για να αποφευχθεί η προσθήκη φορτίου στην παροχή ενέργειας στην γραμμή δοκιμής.
Με αυτή την τεχνολογία κατεύθυνσης ζεύξης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν απλοί ανιχνευτές χαμηλού επιπέδου ή μετρητές έντασης πεδίου και συσκευές μέτρησης ισχύος για τη μέτρηση της ισχύος του σήματος.Μικρό τμήμα της σταθερής ισχύος εισόδου θα εισέρχεται από την πύλη εισόδου P1 στην πύλη ζεύξης P3 για σκοπούς μέτρησηςΗ υπόλοιπη ισχύς εισόδου διαβιβάζεται (που αναφέρεται ως πέραση ή έξοδος) στην πύλη μετάδοσης P2.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των κατευθυντηρίων ζεύξεων είναι τα χαρακτηριστικά της μονόδρομης ζεύξης ισχύος.Οποιαδήποτε απροσδόκητη ισχύς εισέρχεται στην πύλη εξόδου θα συνδεθεί με τη μη χρησιμοποιούμενη πύλη απομόνωσης τερματικού P4 αντί για την πύλη P3, αλλά η κατάσταση αυτή δεν θα επηρεάσει την κατεύθυνση ροής του κατεύθυνσης ζεύξης.
Σχήμα 1: A directional coupler is a three port passive RF functional device that can transfer some of the incident power on P1 to the coupling port P3 for measurement without affecting the main single path from input port P1 to transmission (output) port P2Ένας κατευθυντικός σύνδεσμος είναι μια μονοκατευθυντική υπο-εξοπλισμός ενός δικατευθυντικού σύνδεσμου τεσσάρων θύρων. (Πηγή εικόνας: Wikipedia)
Οι παρακάτω παραμέτροι ανώτατου επιπέδου χρησιμοποιούνται για την καθορισμό των κατευθυντικών ζεύξεων:
βαθμός ζεύξης: το ποσοστό της ισχύος εισόδου (σε P1) που μεταδίδεται στην πύλη ζεύξης (P3).
Κατευθυντικότητα: Η παράμετρος αυτή αντιπροσωπεύει την ικανότητα του ζευγαριστή να διακρίνει την προώθηση κύματος προς τα εμπρός και προς τα πίσω,που μπορεί να παρατηρηθεί από την πύλη ζεύξης (P3) και την πύλη απομόνωσης (P4).
Απομόνωση: Η ισχύς που παραδίδεται σε μη ζευγαρωμένα φορτία (P4).
Απώλεια εισαγωγής: αναφέρεται στην εξασθένιση της ισχύος εισόδου στην πύλη μετάδοσης, συμπεριλαμβανομένου του συστατικού ισχύος που εκτρέπεται στην πύλη ζεύξης και στην πύλη απομόνωσης.
Απώλεια επιστροφής: Αυτή η παράμετρος αντιπροσωπεύει την ισχύ που αντανακλάται πίσω στην πύλη P1 λόγω ασυμφωνίας παρεμπόδισης.
Η χρήση προηγμένων υλικών μπορεί να μειώσει τον όγκο των κατευθυντικών ζεύξεων
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι κατασκευής κατευθυντικών ζεύξεων.που εξακολουθούν να είναι αναγκαίες για εφαρμογές υψηλότερης ισχύοςΩστόσο, τα σύγχρονα χαμηλού επιπέδου κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων, όπως αυτά των σταθμών βάσης, απαιτούν πολύ μικρότερους συνδετήρες.Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση γραμμών ταινιών ή διαδικασιών μικροστριπών σε κεραμικά υποστρώματα υψηλής διηλεκτρικής σταθερότητας.
Η γραμμή μικροστριπτικής μετάδοσης είναι μια τεχνολογία επίπεδης γραμμής μετάδοσης που χρησιμοποιεί μια αγωγική λωρίδα απομονωμένη από το επίπεδο εδάφους από ένα διηλεκτρικό υπόστρωμα.φίλτραΗ μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Οι μικρές συσκευές που κατασκευάζονται με τεχνολογία μικρογραμμίδας είναι ελαφρύτερεςΟ τύπος αυτός της συσκευής μπορεί να χειριστεί μια ισχύ μέσου επιπέδου περίπου δέκα βατ.
Η χρήση υλικών υψηλής θερμοκρασίας K ως υποστρώματος μπορεί να συντομεύσει το μήκος κύματος των σημάτων RF και να μειώσει το συνολικό μέγεθος της συσκευής.που αναφέρεται ως "kappa" σε πιο επίσημα υλικά.
Χρησιμοποιώντας κατευθυντήρια ζευγάρια από υλικά υψηλής θερμοκρασίας και την τεχνολογία επεξεργασίας λεπτών ταινιών του Knowles, οι σχεδιαστές RF μπορούν να μειώσουν το μέγεθος, το βάρος,και ισχύος (SWaP) των κυκλωμάτων ραδιοσυχνοτήτων, διατηρώντας αυστηρές ανοχές απόδοσης.
Τα πλεονεκτήματα και οι επιδράσεις αυτών των υλικών με υψηλή θερμοκρασία είναι πολύ σημαντικές, όπως φαίνεται στο σχήμα 2: οι διηλεκτρικές σταθερές και τα αντίστοιχα μήκη κύματος τριών κοινών διηλεκτρικών υλικών (PTFE,FR-4Το υποστρώμα CF έχει διηλεκτρική σταθερά 25,ενώ η διηλεκτρική σταθερά του υλικού FR-4 είναι 4.8Ως εκ τούτου, οι συσκευές που κατασκευάζονται από υλικό CF έχουν μήκος κύματος μικρότερο στα 2/5 των συσκευών από υλικό FR-4, επιτυγχάνοντας σημαντική μείωση του μεγέθους της συσκευής.