Mikrowellentechnik - Richtkoppler
EIN Directional couplerist ein Gerät, das eine kleine Menge Mikrowellenleistung zu Messzwecken abtastet. Die Leistungsmessungen umfassen einfallende Leistung, reflektierte Leistung, VSWR-Werte usw.
Der Richtungskoppler ist ein 4-Port-Wellenleiterübergang, der aus einem primären Hauptwellenleiter und einem sekundären Hilfswellenleiter besteht. Die folgende Abbildung zeigt das Bild eines Richtkopplers.
Der Richtungskoppler wird verwendet, um die Mikrowellenleistung zu koppeln, die unidirektional oder bidirektional sein kann.
Eigenschaften von Richtkopplern
Die Eigenschaften eines idealen Richtkopplers sind wie folgt.
Alle Abschlüsse sind auf die Ports abgestimmt.
Wenn der Strom von Port 1 nach Port 2 fließt, wird ein Teil davon an Port 4, nicht jedoch an Port 3 gekoppelt.
Da es sich auch um einen bidirektionalen Koppler handelt, wird ein Teil davon, wenn die Leistung von Port 2 zu Port 1 fließt, an Port 3, jedoch nicht an Port 4 gekoppelt.
Wenn die Stromversorgung über Port 3 einfällt, ist ein Teil davon mit Port 2 verbunden, nicht jedoch mit Port 1.
Wenn die Stromversorgung über Port 4 einfällt, ist ein Teil davon mit Port 1 verbunden, nicht jedoch mit Port 2.
Port 1 und 3 sind ebenso wie Port 2 und Port 4 entkoppelt.
Idealerweise sollte der Ausgang von Port 3 Null sein. Praktisch wird jedoch eine geringe Menge an Leistung genanntback power wird an Port 3 beobachtet. Die folgende Abbildung zeigt den Stromfluss in einem Richtkoppler.
Wo
$ P_i $ = Stromversorgung an Port 1
$ P_r $ = Empfangene Energie an Port 2
$ P_f $ = Vorwärtsgekoppelte Leistung an Port 4
$ P_b $ = Rückstrom an Port 3
Im Folgenden sind die Parameter aufgeführt, mit denen die Leistung eines Richtkopplers definiert wird.
Kopplungsfaktor (C)
Der Kopplungsfaktor eines Richtkopplers ist das Verhältnis der einfallenden Leistung zur Vorwärtsleistung, gemessen in dB.
$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$
Richtwirkung (D)
Die Richtwirkung eines Richtkopplers ist das Verhältnis der Vorwärtsleistung zur Rückleistung, gemessen in dB.
$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$
Isolation
Es definiert die Richtcharakteristika eines Richtkopplers. Dies ist das Verhältnis der einfallenden Leistung zur Gegenleistung, gemessen in dB.
$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$
Isolation in dB = Coupling factor + Directivity
Zweiloch-Richtkoppler
Dies ist ein Richtkoppler mit denselben Haupt- und Hilfswellenleitern, jedoch mit zwei kleinen Löchern, die zwischen ihnen gemeinsam sind. Diese Löcher haben einen Abstand von $ {\ lambda_g} / {4} $, wobei λg die Leitwellenlänge ist. Die folgende Abbildung zeigt das Bild eines Zwei-Loch-Richtkopplers.
Ein Zwei-Loch-Richtkoppler wurde entwickelt, um die ideale Anforderung eines Richtkopplers zu erfüllen, nämlich Rückstrom zu vermeiden. Ein Teil der Energie, die zwischen Port 1 und Port 2 transportiert wird, entweicht durch die Löcher 1 und 2.
Die Größe der Leistung hängt von den Abmessungen der Löcher ab. Diese Leckleistung an beiden Löchern ist an Loch 2 in Phase, wodurch sich die Leistung addiert, die zur Vorwärtsleistung beiträgtPf. Es ist jedoch an Loch 1 phasenverschoben, hebt sich gegenseitig auf und verhindert das Auftreten der Rückstromversorgung.
Daher verbessert sich die Richtwirkung eines Richtkopplers.
Wellenleiterverbindungen
Da ein Wellenleitersystem nicht immer in einem Stück aufgebaut werden kann, ist es manchmal erforderlich, verschiedene Wellenleiter zu verbinden. Diese Verbindung muss sorgfältig durchgeführt werden, um Probleme wie - Reflexionseffekte, Erzeugung stehender Wellen und Erhöhung der Dämpfung usw. zu vermeiden.
Die Wellenleiterverbindungen sollten neben der Vermeidung von Unregelmäßigkeiten auch E- und H-Feldmuster berücksichtigen, indem sie diese nicht beeinflussen. Es gibt viele Arten von Wellenleiterverbindungen, wie z. B. Schraubflansch, Flanschverbindung, Drosselverbindung usw.