6.5: Спрямований ответвитель
- Page ID
- 29143
Муфта може бути використана для реалізації нового типу елемента, який називається спрямованим з'єднувачем. Схема спрямованого з'єднувача показана на малюнку\(\PageIndex{1}\) (а), а мікросмужкова реалізація показана на малюнку\(\PageIndex{1}\) (б). Використовуваний спрямований ответвитель має довжину зв'язаної лінії щонайменше одну чверть
Малюнок\(\PageIndex{1}\): Спрямовані з'єднувачі: (а) схема; і (б) мікросмужковий з'єднувач із зворотним зв'язком. (Зверніть увагу, що не всі з'єднувачі є зворотними хвилями, як показано в (а).)
| Параметр | Ідеальний | Ідеал (\(\text{dB}\)) | Типові |
|---|---|---|---|
| муфта,\(C\) | \(-\) | \ (\ текст {дБ}\)) ">\(-\) | \(3-40\text{ dB}\) |
| Трансмісія,\(T\) | \(|\sqrt{1-1/C^{2}}|\) | \ (\ текст {дБ}\)) ">\(20\log |\sqrt{1-1/C^{2}}|\) | \(-0.5\text{ dB}\) |
| спрямованість,\(D\) | \(∞\) | \ (\ текст {дБ}\)) ">\(∞\) | \(40\text{ dB}\) |
| Ізоляція,\(I\) | \(∞\) | \ (\ текст {дБ}\)) ">\(∞\) | \(40\text{ dB}\) |
Таблиця\(\PageIndex{1}\): Ідеальні і типові параметри спрямованого з'єднувача.
довжина хвилі, з більшою довжиною лінії, що призводить до більш широкої пропускної здатності. Спрямовані ответвители використовуються для вибірки біжучої хвилі на одній лінії та для індукування зазвичай набагато меншого зображення хвилі на іншій лінії. Тобто, що рухаються вперед і назад хвилі розділені. Тут встановлена кількість падаючої потужності з'єднується з системи. Так, наприклад,\(20\text{ dB}\) мікросмужкова муфта являє собою пару сполучених мікросмужкових ліній, в яких з\(1/100\) вхідного живлення з'єднаний з однієї мікросмужкової лінії на іншу.
Посилаючись на малюнок\(\PageIndex{1}\), стяжка вказується з точки зору наступних параметрів (завжди перевіряйте величину факторів, так як деякі папери і книги по стяжках використовують зворотну від\(C\) використовуваних тут):
- Коефіцієнт зчеплення:
\(\begin{array}{lll}{C=V_{1}^{+}/V_{3}^{-}}&{=}&{\text{inverse of the voltage fraction "transferred"}}\\{}&{}&{\text{(coupled) across to the opposite arm }(C>1).}\end{array}\) - Коефіцієнт передачі (обернений втратою вставки):
\(\begin{array}{lll}{T=V_{2}^{-}/V_{1}^{+}}&{=}&{\text{transmission directly through the "primary" arm}}\\{}&{}&{\text{of the structure }(T<1).}\end{array}\) - Коефіцієнт спрямованості:
\(\begin{array}{lll}{D=V_{3}^{-}/V_{4}^{-}}&{=}&{\text{measure of the undesired coupling from Port 1 to}}\\{}&{}&{\text{Port 4 relative to the signal level at Port 3 }(D>1).}\end{array}\) - Коефіцієнт ізоляції:
\(\begin{array}{lll}{I=V_{1}^{+}/V_{4}^{-}}&{=}&{\text{isolation between Port 4 and Port 1 }(I>1).}\end{array}\)
Зазвичай цитувати ці величини в децибелах. Наприклад, коефіцієнт зчеплення в децибелах є\(C|_{\text{dB}} = 20 \log C\). Так\(20\text{ dB}\) зчеплення вказує на те, що коефіцієнт зчеплення є\(10\). Ідеальний четвертьхвильовий з'єднувач має\(D = ∞\) (тобто нескінченну спрямованість) і
\[\label{eq:1}C=\frac{Z_{0e}+z_{0o}}{Z_{0e}-Z_{0o}} \]
У децибелах муфта дорівнює
\[\label{eq:2}C|_{\text{dB}} = 20\log\left(\frac{Z_{0e}+Z_{0o}}{Z_{0e}-Z_{0o}}\right) \]
Типові і ідеальні параметри спрямованого з'єднувача наведені в табл\(\PageIndex{1}\). Оскільки ідеальна муфта не розсіює потужність, величина коефіцієнта передачі дорівнює
\[\label{eq:3}|T|=|\sqrt{1-1/C^{2}}| \]
Існує багато типів спрямованих ответвителей, і фази біжучих хвиль в портах не обов'язково збігаються. Мікросмужковий з'єднувач, показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) (b), має максимальну зв'язок, коли лінії мають довжину хвилі на одну чверть. \(^{1}\)На частоті, де вони становлять одну чверть
Малюнок\(\PageIndex{2}\): Паралельно пов'язані лінії з ущільненими конденсаторами, що зменшують довжину сполучених ліній.
довжина хвилі, різниця фаз між біжучими хвилями, що надходять у порт 1 і залишають у порту 2, буде\(90^{\circ}\).
Приклад\(\PageIndex{1}\): Directional Coupler Isolation
Спрямований ответвитель без втрат має зчеплення\(C = 20\text{ dB}\)\(0.8\), коефіцієнт передачі та спрямованість\(20\text{ dB}\). Що таке ізоляція? Висловіть свою відповідь в децибелах.
Рішення
Коефіцієнт зчеплення:\(C=V_{1}^{+}/V_{3}^{-}\)
Коефіцієнт передачі:\(T=V_{2}^{-}/V_{1}^{+}\)
Коефіцієнт спрямованості:\(D=V_{3}^{-}/V_{4}^{-}\)
Коефіцієнт ізоляції:\(I=V_{1}^{+}/V_{4}^{-}\)
Малюнок\(\PageIndex{3}\)
\[D=20\text{ dB}=10\quad\text{and}\quad C=20\text{ dB}=10\nonumber \]
так ізоляція є
\[I=\frac{V_{1}^{+}}{V_{4}^{-}}=\frac{V_{3}^{-}}{V_{4}^{-}}\cdot\frac{V_{1}^{+}}{V_{3}^{-}}=D\cdot C=10\cdot 10=100=40\text{ dB}\nonumber \]
6.5.1 Спрямований ответвитель з загостеними конденсаторами
Спрямовані ответвители, що використовують тільки з'єднані лінії електропередачі, можуть бути великими на низьких частотах, оскільки мінімальна довжина становить приблизно одну чверть довжини хвилі. Це може бути проблемою на РФ і низьких НВЧ частотах, скажімо, нижче\(3\text{ GHz}\). Довжину лінії можна зменшити, включивши згорнуті елементи, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\) (а).
Виноски
[1] Це показано в детальному виведенні, наданому в Розділі 11.4 [1].