Ingegneria a microonde - Accoppiatori direzionali
UN Directional couplerè un dispositivo che campiona una piccola quantità di potenza a microonde per scopi di misurazione. Le misurazioni della potenza includono potenza incidente, potenza riflessa, valori VSWR, ecc.
L'accoppiatore direzionale è una giunzione della guida d'onda a 4 porte costituita da una guida d'onda principale primaria e una guida d'onda ausiliaria secondaria. La figura seguente mostra l'immagine di un accoppiatore direzionale.
L'accoppiatore direzionale viene utilizzato per accoppiare la potenza del microonde che può essere unidirezionale o bidirezionale.
Proprietà degli accoppiatori direzionali
Le proprietà di un accoppiatore direzionale ideale sono le seguenti.
Tutte le terminazioni vengono abbinate alle porte.
Quando l'alimentazione viaggia dalla Porta 1 alla Porta 2, una parte di essa viene accoppiata alla Porta 4 ma non alla Porta 3.
Poiché è anche un accoppiatore bidirezionale, quando l'alimentazione viaggia dalla Porta 2 alla Porta 1, una parte di essa viene accoppiata alla Porta 3 ma non alla Porta 4.
Se l'alimentazione è incidente attraverso la porta 3, una parte di essa viene accoppiata alla porta 2, ma non alla porta 1.
Se l'alimentazione è incidente attraverso la porta 4, una parte di essa viene accoppiata alla porta 1, ma non alla porta 2.
Le porte 1 e 3 sono disaccoppiate così come la porta 2 e la porta 4.
Idealmente, l'output della porta 3 dovrebbe essere zero. Tuttavia, praticamente, viene chiamata una piccola quantità di energiaback power si osserva alla porta 3. La figura seguente indica il flusso di potenza in un accoppiatore direzionale.
Dove
$ P_i $ = potenza incidente sulla porta 1
$ P_r $ = Potenza ricevuta sulla porta 2
$ P_f $ = potenza accoppiata in avanti sulla porta 4
$ P_b $ = Back power sulla porta 3
Di seguito sono riportati i parametri utilizzati per definire le prestazioni di un accoppiatore direzionale.
Fattore di accoppiamento (C)
Il fattore di accoppiamento di un accoppiatore direzionale è il rapporto tra la potenza incidente e la potenza diretta, misurata in dB.
$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$
Direttività (D)
La Direttività di un accoppiatore direzionale è il rapporto tra la potenza diretta e la potenza posteriore, misurata in dB.
$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$
Isolamento
Definisce le proprietà direttive di un accoppiatore direzionale. È il rapporto tra potenza incidente e potenza di ritorno, misurato in dB.
$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$
Isolation in dB = Coupling factor + Directivity
Accoppiatore direzionale a due fori
Questo è un accoppiatore direzionale con le stesse guide d'onda principale e ausiliaria, ma con due piccoli fori comuni tra di loro. Questi fori sono a $ {\ lambda_g} / {4} $ distanza l'uno dall'altro dove λg è la lunghezza d'onda guida. La figura seguente mostra l'immagine di un accoppiatore direzionale a due fori.
Un accoppiatore direzionale a due fori è progettato per soddisfare il requisito ideale dell'accoppiatore direzionale, che è quello di evitare la potenza di ritorno. Parte della potenza durante il viaggio tra la porta 1 e la porta 2 fuoriesce dai fori 1 e 2.
L'entità della potenza dipende dalle dimensioni dei fori. Questa potenza di dispersione in entrambi i fori è in fase nel foro 2, sommando la potenza che contribuisce alla potenza direttaPf. Tuttavia, è fuori fase al foro 1, annullandosi a vicenda e impedendo il verificarsi del back power.
Quindi, la direttività di un accoppiatore direzionale migliora.
Giunti guida d'onda
Poiché un sistema di guide d'onda non può essere costruito sempre in un unico pezzo, a volte è necessario unire diverse guide d'onda. Questa giunzione deve essere eseguita con attenzione per evitare problemi quali: effetti di riflessione, creazione di onde stazionarie e aumento dell'attenuazione, ecc.
I giunti della guida d'onda oltre ad evitare irregolarità, dovrebbero anche prendersi cura dei modelli di campo E e H non influenzandoli. Esistono molti tipi di giunti in guida d'onda come flangia imbullonata, giunto flangiato, giunto strozzatore, ecc.