Accoppiatore direzionale in cavo coassiale. Dispositivo ottico NO

Si tratta di una rete a otto porte progettata per diramare parte della potenza delle microonde su una linea secondaria. Accoppiatore direzionale:

20 dB – attenuazione transitoria;

40 dB – direttività.

Accoppiatore direzionale - un dispositivo per l'interconnessione direzionale di due linee: un'onda viaggiante nella linea primaria da 1 a 2 provoca un'onda viaggiante nella linea secondaria nella stessa direzione 3-4 - accoppiatore codirezionale, o nella direzione opposta , cioè. 4-3 – accoppiatore controdirezionale.

Parametri principali:

1. Attenuazione operativa - il rapporto tra le potenze all'ingresso e all'uscita della linea primaria.

2. Attenuazione transitoria - il rapporto tra le potenze all'ingresso della linea primaria e l'ingresso associato della linea secondaria.

3. Isolamento: il rapporto tra le potenze all'ingresso della linea primaria e all'uscita isolata della linea secondaria.

4. Direttività – il rapporto tra le potenze all'uscita dei bracci operativi e non operativi della linea secondaria.

5. Le relazioni di fase dell'accoppiatore direzionale caratterizzano la relativa differenza di fase tra le tensioni del braccio di uscita. Si distinguono tra in fase quando Dj = 0; quadratura, Dj = 90; antifase, Dj = 180.

Gli accoppiatori direzionali sono classificati:

1) In base alla tipologia di collegamento tra le linee di trasmissione primarie e secondarie:

1) con collegamento concentrato;

2) con comunicazione distribuita;

3) con comunicazione ad anello.

2. Secondo il grado di connessione: con connessione forte e debole.

3. Per tipo di linee utilizzate.

La modalità operativa è determinata dal coefficiente di trasmissione K lungo il campo dalla linea primaria alla linea secondaria.

Matrice di dispersione ideale:

Se il coefficiente di accoppiamento della linea primaria e secondaria è piccolo » 1, nella linea secondaria compaiono onde altamente attenuate e l'accoppiatore direzionale può essere utilizzato per indicare la modalità della linea primaria, ad esempio per misurare la riflettanza complessa di la linea primaria. Se 0<< К < 1, тогда он используется как элемент сложного тракта разветвленных СВЧ устройств, т.е. в направленном ответвителе осуществляется деление мощности.

1. Accoppiatori direzionali in guida d'onda.

Gli accoppiatori direzionali in guida d'onda si distinguono per il numero di elementi di comunicazione: 1) elemento singolo; 2) due elementi; 3) multielemento.

1. Accoppiatori direzionali in guida d'onda a elemento singolo.

L'elemento di accoppiamento è un foro nell'ampia parete della guida d'onda.

Il campo elettrico della guida d'onda principale determina la comparsa nella guida d'onda ausiliaria di due onde in fase di uguale ampiezza, , dirette in direzioni diverse. Il campo magnetico determina il verificarsi di due onde antifase di uguale ampiezza, .

Poi in una direzione: + = E 4. Nell'altra direzione: - = MI 3. Pertanto, il ramo di potenza avviene verso il quarto braccio. In questo caso questa condizione è soddisfatta per un certo angolo q.

Nel caso di due guide d'onda tra loro perpendicolari, come elemento di accoppiamento viene utilizzato un foro a forma di croce situato sulla diagonale della parte comune delle pareti larghe. La massima direttività si ottiene quando il foro si trova vicino alle pareti.

2. Accoppiatori direzionali a due elementi.

Vengono utilizzati elementi di accoppiamento non direzionali, ad esempio fori nella parete stretta della guida d'onda.

Nella linea secondaria 3,4 si diramano due onde I, , che nel braccio 4 si sommano in fase, perché percorrere la stessa distanza. Nel braccio 3 vengono aggiunti in antifase, perché l'onda percorre una distanza aggiuntiva di 2lв/4 = lв/2 ~ 180°. Pertanto, la potenza non viene ramificata nel braccio 3. È possibile realizzare un'attenuazione transitoria superiore a 20 dB.

Svantaggio: banda stretta.

3. Accoppiatori direzionali multielemento.

Il numero di elementi di comunicazione utilizzati è inferiore a due. In questo caso la distanza tra loro è l¢/4. L'attenuazione transitoria è inferiore a 10 dB. Direttività - circa 35 dB. Utilizzato nei dispositivi a banda larga.

2. Accoppiatori direzionali su una strip line.

Un accoppiatore direzionale su linee accoppiate è costituito da segmenti di linea collegati mediante accoppiamento elettromagnetico e la lunghezza dell'area di accoppiamento è un numero dispari l¾/4.

Con collegamento laterale:

Con connessione frontale:

Nella linea 1,2 l'onda che si propaga determina la comparsa nella linea 3,4 di due onde, che nel braccio 3 si sommano in fase, e nel braccio 4 - sfasate - accoppiatore direzionale - controdirezionale.

Un accoppiatore direzionale (NO) è un dispositivo che permette di prelevare parte dell'energia che passa attraverso l'alimentatore in modo tale che, con una direzione di propagazione di un'onda elettromagnetica, il segnale all'uscita dell'accoppiatore sia Uotv. = Uph/Ku (Uph è la tensione sull'alimentatore, Ku è il coefficiente di divisione della presa) e nella direzione opposta di propagazione - Uresponse. = 0. Esistono molte opzioni diverse per gli accoppiatori direzionali, ma la maggior parte di essi ha uno svantaggio comune: sono a banda estremamente stretta. Ciò obbliga, quando si utilizza NO, ad esempio, nei misuratori SWR, a introdurre una regolazione della sensibilità.

L'accoppiatore direzionale coassiale descritto consente di misurare l'SWR nella banda di frequenza da 1 a 500 MHz, la potenza nell'alimentatore, indipendentemente dal valore dell'SWR nella banda di frequenza specificata, esaminare i percorsi RF per la presenza di disomogeneità nelle connessioni staccabili e il alimentatore (fino a una frazione percentuale), determinare con un elevato grado di precisione la posizione di guasti, cortocircuiti, interruzioni, ecc. nei cavi e in altri elementi dei percorsi RF, utilizzati nei sistemi half-duplex, ecc.

MA è costituito da sensori di corrente e tensione e da un sommatore. Un circuito equivalente semplificato è mostrato in Fig. 1 nel testo, dove Iph indica la corrente nell'alimentatore (il segno dipende dalla direzione di propagazione dell'onda), r è l'impedenza caratteristica del cavo, R1, R2 sono resistori nel sensore di tensione, R3 è nel sensore di corrente . Se R1>>R2 = r >>R3, la descrizione matematica del funzionamento del dispositivo risulta notevolmente semplificata. Di conseguenza, si scopre che Uresp. = (Uph ±Uph)/2Ku dove Ku = r /R3 = R1/r - MA coefficiente di divisione. Pertanto, per un'onda che si propaga nella direzione in avanti, Urep. = Uph/Ku e per un'onda che si propaga nella direzione opposta, Uresponse. = 0.

La banda larga dell'NO descritto è dovuta alla struttura originale (vedi Fig. 1 a colori).

Il sensore di corrente è realizzato sotto forma di un trasformatore di corrente a giro singolo formato dal nucleo centrale interno dell'alimentatore (spira primaria) e da una cavità speciale nello schermo che, insieme alla treccia dell'alimentatore, svolge il ruolo di secondario giro. La connessione magnetica tra il volume interno dell'alimentatore, nel quale si propaga l'onda elettromagnetica nel dielettrico, e la cavità si crea rompendo la treccia dell'alimentatore all'interno della cavità. La spira secondaria viene caricata su uno shunt costituito da resistori distribuiti uniformemente attorno al perimetro dell'intercapedine. Nel circuito equivalente sono anche designati come R3.

Il sensore di tensione è un partitore resistivo R1R2 collegato tra il conduttore centrale dell'alimentatore e l'uscita del sensore di corrente, che crea una modalità di presa direzionale.

Il divisore R1R2 è collegato in parallelo all'alimentatore, il sensore di corrente R3 è collegato in serie. Una tale catena a forma di L fornisce l'adattamento su un'ampia banda di frequenza e una certa attenuazione costante del segnale che passa attraverso l'alimentatore, eliminando al contempo la distorsione di frequenza dei segnali trasmessi e ramificati.

Un progetto pratico per misurare l'SWR e la potenza in un alimentatore è realizzato sotto forma di due NO uno dopo l'altro, come mostrato in Fig. 2 (colore). Lo schermo, che svolge contemporaneamente il ruolo di struttura portante, è saldato in fibra di vetro rivestita in alluminio. Le dimensioni dello schermo non sono critiche. Il progetto proposto è progettato per l'utilizzo di un alimentatore con un'impedenza caratteristica di 50 Ohm e massima potenza il trasmettitore è di circa 200 W con un SWR inferiore o uguale a 4. A valori SWR inferiori, la potenza consentita aumenta proporzionalmente e a valori più alti diminuisce. Il fattore di divisione dei segnali ramificati viene selezionato Ku = 100.

diametro 8...15mm. MA può essere eseguito direttamente su un alimentatore esistente, ovunque.

Quando si realizza NO, la treccia deve aderire saldamente e uniformemente per tutta la sua lunghezza al dielettrico, per il quale viene utilizzata una benda realizzata con filo o filo sottile.

Il design del dispositivo è abbastanza semplice se si utilizzano connettori per cavi strumento. Se non sono presenti, è possibile utilizzare i connettori dello strumento, i metodi per collegarli a NO sono mostrati in Fig. 2 nel testo. L'opzione A può essere consigliata quando si opera a frequenze fino a 30 MHz, B e C - a frequenze fino a 500 MHz. Il cono (vedi opzione B) è formato dalla treccia del cavo, oppure è realizzato in lamiera di rame, ottone, ecc. La treccia viene fissata rigidamente al taglio del dielettrico interno del cavo mediante una fascetta, e la restante parte è svelato. I conduttori raddrizzati sono distribuiti uniformemente attorno al perimetro. Il diametro maggiore del cono non è critico ed è determinato dalla dimensione della parte posteriore del connettore. Il contatto elettrico necessario si ottiene saldando lungo tutto il perimetro.

Se si selezionano resistori per sensori di corrente, tensione e sommatore con una precisione di ±1% dei valori specificati. quindi non è necessario configurare il dispositivo. Altrimenti è consigliabile selezionare uno dei resistori presenti nel sensore di corrente in base al valore minimo di Uref. Si noti che queste misure sono necessarie solo quando si misurano valori SWR molto piccoli, inferiori a 1,05.

Il prototipo, realizzato senza selezione preliminare di parti e impostazioni, ha mostrato i seguenti risultati; la gamma di frequenza operativa era 0,3...500 MHz. Il fattore di divisione era 100 ±5. Alla frequenza di 30 MHz, il coefficiente di direttività è peggiorato del 2%. a 500 MHz - del 5%. Il nucleo magnetico era costituito da 30 anelli di dimensioni standard K20X10X6 realizzati in ferrite con permeabilità 1000. Poiché nelle comunicazioni amatoriali il limite inferiore delle frequenze utilizzate è 1,8 MHz, il numero di anelli può essere ridotto a 6 - 7.

Lo schema di collegamento degli strumenti di misura è mostrato in Fig. 3 nel testo. Su di esso P1 e P2 sono voltmetri o oscilloscopi ad alta frequenza con impedenza di ingresso 50 Ohm ed una larghezza di banda che consente la misura della frequenza massima del percorso in studio.

In cui:

Quando si determina la posizione delle disomogeneità nell'alimentatore (comprese interruzioni o cortocircuiti), utilizzando un oscilloscopio ad alta frequenza a due raggi, misurare l'intervallo di tempo tra la sonda e gli impulsi rettangolari corti riflessi e, tenendo conto della velocità di propagazione del onda elettromagnetica nel cavo (circa 2x10^8 m/s), calcolare la distanza desiderata da NO all'eterogeneità.

Yu. Kuriny (UA9ACZ), maestro dello sport dell'URSS, V. Pilsky, Chelyabinsk, Mosca. Certificato di copyright N346770, bollettino N 23 del 26.07.72. Radio N9, 1982

Interazione di fattori.

I fattori ambientali di solito agiscono insieme, ad es. nel complesso. Tutti gli organismi esistono sotto l'influenza simultanea di molti vari fattori ambiente– (illuminazione, temperatura, umidità, concentrazione di nutrienti, ecc.). Alcuni fattori non limitano lo sviluppo degli organismi, perché i loro valori sono nell'area ottimale, altri fattori inibiscono o limitano lo sviluppo, poiché i loro valori sono nell'area pessima.

IN vista generale l'interazione di vari fattori che influenzano lo stesso organismo o gruppo di organismi può essere ridotta sia alla somma degli effetti della loro influenza (additività), sia al rafforzamento reciproco della loro interazione (sinergia). È anche possibile un indebolimento reciproco degli effetti dei fattori sugli organismi (antagonismo). Pertanto, alcuni fattori possono aumentare o mitigare l’effetto di altri fattori.

Un accoppiatore direzionale fornisce la ramificazione direzionale di una piccola parte della potenza delle oscillazioni ad alta frequenza che si propagano dal generatore lungo il percorso principale fino alle apparecchiature di misurazione e indicazione.

Un accoppiatore direzionale è costituito da due segmenti di linea (principale e ausiliario) collegati elettricamente tra loro. La tratta principale è collegata in serie alla linea di trasmissione dell'energia ad alta frequenza, quindi la sua impedenza caratteristica deve essere uguale all'impedenza caratteristica del percorso trasmittente. Una piccola parte della potenza trasmessa lungo il percorso viene ramificata tramite elementi di comunicazione in un tratto ausiliario della linea, all'uscita della quale sono collegate apparecchiature di misurazione o indicazione.

Consideriamo il principio di funzionamento del dispositivo utilizzando l'esempio di un semplice accoppiatore direzionale a guida d'onda con due fori di comunicazione, il cui diagramma è mostrato in Fig. 1.

L'energia entra nella spalla 1 della linea principale. Ciascuno dei fori eccita due onde della linea collegata, una delle quali entra nel braccio 3 e la seconda nel braccio 4. Nel braccio 4 le onde provenienti dai due fori si sommano in fase, poiché la lunghezza totale del percorso percorso da queste onde dal braccio 1 alla spalla 4, identiche. Le onde arrivano al braccio 3 in antifase, poiché il percorso dell'onda dal braccio 1 al braccio 3 attraverso il foro 1 è più breve del percorso dell'onda che passa dal braccio 1 al braccio 3 attraverso il foro 2 di ( - lunghezza d'onda nella guida d'onda) . Quasi tutta l'energia di ramificazione entra nel braccio 4, e nel braccio 3 l'ampiezza dell'onda totale è praticamente zero. La maggior parte dell'energia proveniente dal braccio 1 passerà al braccio 2 fino al carico.

Gli accoppiatori direzionali sono caratterizzati dai seguenti parametri: attenuazione transitoria, direttività, rapporto d'onda stazionaria, gamma di frequenza, potenza di dissipazione consentita.

Attenuazione transitoria o accoppiamento è il rapporto tra la potenza di un'onda ramificata in una linea ausiliaria e la potenza di un'onda diretta che si propaga nella linea principale nella stessa direzione. Questo rapporto si misura con un'onda puramente viaggiante nelle linee ed è espresso in decibel:

Potenza nelle braccia dell'accoppiatore direzionale.

Esiste un'altra formula per determinare l'attenuazione transitoria:

I risultati dei calcoli "C" utilizzando le formule e sono molto vicini.

L'attenuazione transitoria dipende dal numero e dalla dimensione dei fori di accoppiamento.

Messa a fuoco l'accoppiatore è il rapporto tra la potenza dell'onda che si propaga nella linea ausiliaria nella direzione opposta e la potenza dell'onda che si propaga nella stessa linea nella direzione in avanti, ed è anch'esso espresso in decibel:

L'entità dell'SWR dell'accoppiatore direzionale viene determinata a condizione che la linea principale sia caricata con un carico adattato.

La gamma di frequenza di un accoppiatore direzionale dipende dai limiti di direttività specificati e, come mostrano calcoli e dati sperimentali, si espande con l'aumento del numero di elementi di comunicazione.

La potenza dissipata ammissibile da parte di un accoppiatore direzionale è determinata dalla resistenza di assorbimento della linea ausiliaria (braccio 3 in Fig. 2).

Nella fig. La Figura 2 mostra un accoppiatore direzionale in guida d'onda, studiato in questo lavoro. Il collegamento tra le guide d'onda principale e ausiliaria viene effettuato attraverso tre fori nella parete stretta comune delle guide d'onda nel braccio 3;

Gli accoppiatori direzionali possono essere utilizzati per:

¾ controllo della potenza che attraversa il percorso;

¾ Misure SWR (misurando le potenze proporzionali alle potenze incidente e riflessa nel percorso principale);

¾ funzionano nei miscelatori a microonde di ricevitori supereterodina, ecc.

Un accoppiatore direzionale è un dispositivo costituito da due sezioni di guide d'onda radio.

Nel dispositivo, parte dell'energia dell'onda elettromagnetica, che si è propagata nella guida d'onda radio principale, grazie agli elementi di accoppiamento, si dirama nella guida d'onda radio ausiliaria, quindi si muove in una direzione specifica. Se cambia la direzione di propagazione dell'onda nella guida d'onda radio principale, nella guida d'onda radio ausiliaria cambierà la direzione di propagazione dell'onda ramificata. In una guida d'onda radio ausiliaria, la propagazione direzionale avviene a causa dell'interferenza delle onde in essa eccitate, la cui somma in una direzione provoca la loro reciproca cancellazione e la formazione di un'onda risultante in una direzione diversa. Gli stub sono fori nelle pareti adiacenti delle guide d'onda radio che servono come elementi di comunicazione tra le guide d'onda radio di un accoppiatore direzionale.

Un accoppiatore direzionale coassiale è un dispositivo che svolge la funzione di ramificare parte dell'energia in movimento lungo l'alimentatore; la ramificazione avviene in più direzioni; Con una direzione di propagazione dell'onda elettromagnetica, il segnale all'uscita dell'accoppiatore U risposta = U F/ K e Dove U f è la tensione sull'alimentatore, K u– fattore di divisione dell'accoppiatore. Nella direzione opposta di propagazione U risposta = 0. Lo svantaggio principale di quasi tutti i tipi di accoppiatori direzionali è la loro relativa banda stretta, motivo per cui la regolazione della sensibilità è installata nei misuratori SWR.

Accoppiatore direzionale guida d'onda-coassiale progettato sulla base di guide d'onda incrociate, principalmente con fori di accoppiamento a forma di croce. Un carico adattato è installato in uno dei bracci della guida d'onda secondaria, un misuratore di potenza o una testa del rilevatore è collegato all'altro braccio, risultando in una struttura piuttosto ingombrante e pesante. Per ridurre il design, una linea coassiale secondaria viene installata direttamente nella guida d'onda parallela all'asse longitudinale della guida d'onda, mentre la linea viene eccitata dagli elementi trasversali del campo magnetico dell'onda nella guida d'onda, l'accoppiatore diventa controdirezionale . La quantità di direttività dipende dalla variazione della linea a microstriscia tra il connettore coassiale e il carico coassiale. Un accoppiatore direzionale di questo tipo agisce sull'accoppiamento elettromagnetico con gli elementi trasversali dei campi E e H nella guida d'onda, che porta, quando il conduttore viene spostato dal centro, ad una diminuzione del coefficiente di accoppiamento secondo la legge del coseno. Se in una sezione sono presenti due accoppiatori, si ottiene un riflettometro di piccole dimensioni.

Nelle apparecchiature a microonde, 30 MHz - 300 GHz, viene utilizzato per sommare e dividere l'energia delle onde, nonché per stabilire la direzione delle onde, la loro potenza, le fasi, ecc.

Un accoppiatore direzionale viene utilizzato anche in un dispositivo per separare i segnali televisivi ricevuti da un'antenna, per ricetrasmettitori a bassa potenza, in sommatori e mixer. I dispositivi di questo tipo sono caratterizzati da una buona ripetibilità e alta qualità segnale ricevuto.