方向性結合器は、マイクロ波測定やその他のマイクロ波システムにおける標準的なマイクロ波/ミリ波コンポーネントです。これらは、電力監視、信号源出力電力安定化、信号源分離、送信および反射周波数掃引テストなどの信号の分離、分離、混合に使用できます。指向性マイクロ波電力分配器であり、不可欠なコンポーネントです。現代の掃引周波数反射率計では。通常、導波管、同軸線路、ストリップライン、マイクロストリップなどの種類があります。
図1にその構造の模式図を示します。主に主線と補助線の2つの部分から構成されており、それらは様々な形状の小さな穴、スリット、隙間を介して結合されています。したがって、主線端の「1」から入力される電力の一部は二次線に結合されます。電波の干渉や重ね合わせにより、電力は二次線路、つまり一方向（「順方向」と呼ばれる）ともう一方の方向（「逆方向」と呼ばれる）に沿ってのみ伝送されます。一方向（「逆方向」と呼ばれる）での電力伝送はほとんどありません。
図 2 は交差方向カプラで、カプラのポートの 1 つは内蔵の整合負荷に接続されています。
方向性結合器の応用
1、電力合成システム用
3dB 方向性結合器 (一般に 3dB ブリッジとして知られています) は、通常、次の図に示すように、マルチキャリア周波数合成システムで使用されます。この種の回路は屋内分散システムでは一般的です。 2 つのパワーアンプからの信号 f1 と f2 が 3dB 方向性結合器を通過すると、各チャネルの出力には 2 つの周波数成分 f1 と f2 が含まれ、3dB で各周波数成分の振幅が減少します。出力端子の一方を吸収負荷に接続すると、もう一方の出力をパッシブ相互変調測定システムの電源として使用できます。絶縁をさらに改善する必要がある場合は、フィルタやアイソレータなどのコンポーネントを追加できます。適切に設計された 3dB ブリッジのアイソレーションは 33dB 以上になることがあります。
方向性結合器は電力結合システム 1 で使用されます。
電力合成の別のアプリケーションとしての指向性ガリー領域を次の図 (a) に示します。この回路では方向性結合器の方向性がうまく利用されています。 2 つのカプラーの結合度が両方とも 10dB、指向性が両方とも 25dB であると仮定すると、f1 端と f2 端の間のアイソレーションは 45dB になります。 f1 と f2 の入力が両方とも 0dBm の場合、結合された出力は両方とも -10dBm になります。以下の図 (b) のウィルキンソン カプラ (標準的な分離値は 20dB) と比較すると、同じ OdBm の入力信号では、合成後に -3dBm になります (挿入損失を考慮しない場合)。サンプル間条件と比較して、図 (a) の入力信号を 7dB 増加させて、その出力が図 (b) と一致するようにします。このとき、図(a)のf1とf2間のアイソレーションは「減少」し「38dB」となります。最終的な比較結果は、方向性結合器の電力合成方法がウィルキンソン結合器よりも 18dB 高いということです。この方式は、10 個のアンプの相互変調測定に適しています。
電力合成システム2には方向性結合器を使用
2、受信機の耐干渉測定またはスプリアス測定に使用
RF テストおよび測定システムでは、下図に示す回路がよく見られます。 DUT (テスト対象のデバイスまたは機器) が受信機であると仮定します。その場合、隣接チャネル干渉信号が方向性結合器の結合端を通じて受信機に注入される可能性があります。次に、方向性結合器を介してそれらに接続された統合テスターで、受信機の抵抗、つまり数千の干渉性能をテストできます。 DUT が携帯電話の場合、方向性結合器の結合端に接続された総合テスターによって電話の送信機をオンにすることができます。次に、スペクトラム アナライザを使用してシーンフォンのスプリアス出力を測定できます。もちろん、スペクトラム アナライザの前にいくつかのフィルタ回路を追加する必要があります。この例では方向性結合器の応用のみを説明しているため、フィルター回路は省略しています。
方向性結合器は、携帯電話の受信機の耐干渉測定やスプリアス高さの測定に使用されます。
このテスト回路では、方向性結合器の方向性が非常に重要です。スルーエンドに接続されたスペクトラムアナライザは、DUT からの信号の受信のみを希望し、カップリングエンドからのパスワードの受信を希望しません。
3、信号のサンプリングとモニタリング用
送信機のオンライン測定と監視は、方向性結合器の最も広く使用されているアプリケーションの 1 つと言えます。次の図は、セルラー基地局測定における方向性結合器の一般的なアプリケーションです。送信機の出力電力が方向性結合器の結合である 43dBm (20W) であると仮定します。容量は30dB、挿入損失(線路損失と結合損失)は0.15dBです。結合端には 13dBm (20mW) の信号が基地局テスターに送信され、方向性結合器の直接出力は 42.85dBm (19.3W) で、漏洩電力は負荷によって吸収されます。
方向性結合器は基地局測定に使用されます。
ほとんどすべての送信機はオンライン サンプリングとモニタリングにこの方法を使用しており、通常の動作条件下での送信機の性能テストを保証できるのはおそらくこの方法だけです。ただし、送信機のテストも同様であり、テスターが異なれば懸念する点も異なることに注意してください。 WCDMA 基地局を例にとると、通信事業者は、信号品質、チャネル内電力、隣接チャネル電力など、使用周波数帯域 (2110 ～ 2170MHz) の指標に注意を払う必要があります。この前提に基づいて、メーカーは次の場所に設置します。基地局の出力端 送信機の帯域内動作状態を監視し、いつでもコントロール センターに送信する狭帯域 (2110 ～ 2170MHz など) 方向性結合器。
それが無線周波数スペクトルの調整機関、つまりソフト基地局インジケーターをテストする無線監視ステーションである場合、その焦点はまったく異なります。無線管理仕様の要件に従って、テスト周波数範囲は 9kHz 〜 12.75GHz に拡張され、テストされる基地局は非常に広範囲になります。周波数帯域内でどの程度のスプリアス放射が生成され、他の基地局の通常の動作を妨害しますか?電波監視局の懸念。この時、信号サンプリングには同じ帯域幅の方向性結合器が必要ですが、9kHz～12.75GHzをカバーできる方向性結合器は存在していないようです。方向性結合器の結合アームの長さはその中心周波数に関係していることがわかっています。超広帯域方向性結合器の帯域幅は、0.5 ～ 18 GHz などの 5 ～ 6 オクターブ帯域を実現できますが、500 MHz 未満の周波数帯域はカバーできません。
4、オンライン電力測定
スルー型電力測定技術において、方向性結合器は非常に重要なデバイスです。次の図は、一般的なパススルー高出力測定システムの概略図を示しています。テスト対象のアンプからの順方向電力は、方向性結合器の順方向結合端 (端子 3) によってサンプリングされ、電力計に送信されます。反射電力は逆結合端子 (端子 4) でサンプリングされ、パワー メーターに送信されます。
高電力測定には方向性結合器が使用されます。
注: 逆結合端子 (端子 4) は、負荷からの反射電力を受け取るだけでなく、方向性結合器の方向性によって生じる順方向 (端子 1) からの漏れ電力も受け取ります。反射エネルギーはテスターが測定したいものであり、漏れ電力は反射電力測定における誤差の主な原因です。反射電力と漏洩電力は逆結合端（4端）で重畳され、パワーメータに送信されます。 2つの信号の伝送経路が異なるため、ベクトルの重ね合わせとなります。パワーメータに入力される漏洩電力と反射電力を比較できる場合、大きな測定誤差が生じます。
もちろん、負荷 (端 2) からの反射電力も前方結合端 (端 1、上の図には示されていません) に漏れます。それでも、その大きさは、前方への強さを測定する前方パワーと比較すると最小限です。結果として生じるエラーは無視してかまいません。
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投稿時刻: 2023 年 4 月 20 日