डायरेक्शनल कपलरचे कार्य तत्त्व

डायरेक्शनल कपलर हे मायक्रोवेव्ह मापन आणि इतर मायक्रोवेव्ह प्रणालींमधील मानक मायक्रोवेव्ह/मिलीमीटर वेव्ह घटक आहेत. त्यांचा उपयोग सिग्नलचे विलगीकरण, पृथक्करण आणि मिश्रण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, जसे की पॉवर मॉनिटरिंग, स्त्रोताच्या आउटपुट पॉवरचे स्थिरीकरण, सिग्नल स्त्रोताचे विलगीकरण, ट्रान्समिशन आणि रिफ्लेक्शन फ्रिक्वेन्सी स्वीपिंग चाचणी इत्यादी. हा एक डायरेक्शनल मायक्रोवेव्ह पॉवर डिव्हायडर आहे आणि आधुनिक स्वीप्ट-फ्रिक्वेन्सी रिफ्लेक्टोमीटरमध्ये तो एक अपरिहार्य घटक आहे. सामान्यतः, याचे वेव्हगाईड, कोॲक्सिअल लाइन, स्ट्रिपलाइन आणि मायक्रोस्ट्रिप असे अनेक प्रकार आहेत.

आकृती १ ही रचनेची एक योजनाबद्ध आकृती आहे. यात प्रामुख्याने दोन भाग आहेत, मुख्य वाहिनी (मेनलाइन) आणि सहाय्यक वाहिनी (ऑक्झिलरी लाइन), जे विविध प्रकारच्या लहान छिद्रे, फटी आणि भेगांद्वारे एकमेकांना जोडलेले आहेत. त्यामुळे, मुख्य वाहिनीच्या टोकावरील “१” कडून येणाऱ्या शक्तीचा काही भाग दुय्यम वाहिनीला जोडला जाईल. लहरींच्या व्यतिकरणामुळे किंवा अध्यारोपणामुळे, शक्ती केवळ दुय्यम वाहिनीच्या एकाच दिशेने (ज्याला “फॉरवर्ड” म्हणतात) प्रसारित होईल, आणि दुसऱ्या एका दिशेने (ज्याला “रिव्हर्स” म्हणतात) शक्तीचे प्रसारण जवळजवळ होणार नाही.

आकृती २ हे एक क्रॉस-डायरेक्शनल कपलर आहे, कपलरमधील एक पोर्ट अंगभूत मॅचिंग लोडला जोडलेले आहे.

दिशात्मक कपलरचा वापर

१, ऊर्जा संश्लेषण प्रणालीसाठी
खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, 3dB डायरेक्शनल कपलर (सामान्यतः 3dB ब्रिज म्हणून ओळखले जाते) सहसा मल्टी-कॅरियर फ्रिक्वेन्सी सिंथेसिस सिस्टीममध्ये वापरले जाते. या प्रकारचे सर्किट इनडोअर डिस्ट्रिब्युटेड सिस्टीममध्ये सामान्यपणे आढळते. दोन पॉवर अॅम्प्लिफायरमधून येणारे f1 आणि f2 सिग्नल 3dB डायरेक्शनल कपलरमधून गेल्यानंतर, प्रत्येक चॅनलच्या आउटपुटमध्ये f1 आणि f2 हे दोन फ्रिक्वेन्सी घटक असतात आणि 3dB प्रत्येक फ्रिक्वेन्सी घटकाची अॅम्प्लिट्यूड कमी करते. जर आउटपुट टर्मिनल्सपैकी एक ॲबसॉर्बिंग लोडला जोडलेला असेल, तर दुसरे आउटपुट पॅसिव्ह इंटरमॉड्युलेशन मेजरमेंट सिस्टीमचा पॉवर सोर्स म्हणून वापरले जाऊ शकते. जर तुम्हाला आयसोलेशन आणखी सुधारण्याची गरज असेल, तर तुम्ही फिल्टर्स आणि आयसोलेटर्ससारखे काही घटक जोडू शकता. चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेल्या 3dB ब्रिजचे आयसोलेशन 33dB पेक्षा जास्त असू शकते.
 
डायरेक्शनल कपलरचा वापर पॉवर कंबाइनिंग सिस्टीम एकमध्ये केला जातो.
पॉवर कंबाईनिंगचा आणखी एक उपयोग म्हणून डायरेक्शनल गल्ली क्षेत्र खालील आकृती (a) मध्ये दाखवले आहे. या सर्किटमध्ये, डायरेक्शनल कपलरच्या डायरेक्टिव्हिटीचा चतुराईने उपयोग केला गेला आहे. असे गृहीत धरल्यास की दोन्ही कपलरची कपलिंग डिग्री 10dB आहे आणि डायरेक्टिव्हिटी 25dB आहे, तर f1 आणि f2 टोकांमधील आयसोलेशन 45dB आहे. जर f1 आणि f2 चे इनपुट दोन्ही 0dBm असतील, तर एकत्रित आउटपुट दोन्ही -10dBm असेल. खालील आकृती (b) मधील विल्किन्सन कपलरच्या तुलनेत (ज्याचे सामान्य आयसोलेशन मूल्य 20dB आहे), 0dBm च्या त्याच इनपुट सिग्नलसाठी, सिंथेसिसनंतर -3dBm आउटपुट मिळते (इन्सर्शन लॉस विचारात न घेता). इंटर-सॅम्पल स्थितीच्या तुलनेत, आम्ही आकृती (a) मधील इनपुट सिग्नल 7dB ने वाढवतो जेणेकरून त्याचे आउटपुट आकृती (b) शी सुसंगत असेल. यावेळी, आकृती (a) मधील f1 आणि f2 मधील आयसोलेशन 38 dB ने कमी होते. अंतिम तुलनात्मक निष्कर्ष असा आहे की डायरेक्शनल कपलरची पॉवर सिंथेसिस पद्धत विल्किन्सन कपलरपेक्षा 18dB ने जास्त आहे. ही योजना दहा अँप्लिफायर्सच्या इंटरमॉड्युलेशन मापनासाठी योग्य आहे.

पॉवर कंबाईनिंग सिस्टीम २ मध्ये डायरेक्शनल कपलरचा वापर केला जातो.

२, रिसीव्हरमधील व्यत्यय-विरोधी मापन किंवा स्प्युरियस मापनासाठी वापरले जाते
RF चाचणी आणि मापन प्रणालीमध्ये, खालील आकृतीत दाखवलेले सर्किट अनेकदा दिसून येते. समजा DUT (चाचणी अंतर्गत उपकरण) एक रिसीव्हर आहे. अशा परिस्थितीत, डायरेक्शनल कपलरच्या कपलिंग टोकाद्वारे रिसीव्हरमध्ये एक अ‍ॅडजसेंट चॅनल इंटरफेअरन्स सिग्नल टाकला जाऊ शकतो. त्यानंतर, डायरेक्शनल कपलरद्वारे त्यांना जोडलेला एक इंटिग्रेटेड टेस्टर रिसीव्हरच्या रेझिस्टन्स-थाउजंड इंटरफेअरन्स परफॉर्मन्सची चाचणी करू शकतो. जर DUT एक सेल्युलर फोन असेल, तर डायरेक्शनल कपलरच्या कपलिंग टोकाशी जोडलेल्या एका कॉम्प्रिहेन्सिव्ह टेस्टरद्वारे फोनचा ट्रान्समीटर चालू केला जाऊ शकतो. त्यानंतर, सीन फोनच्या स्प्युरियस आउटपुटचे मापन करण्यासाठी स्पेक्ट्रम अ‍ॅनालायझरचा वापर केला जाऊ शकतो. अर्थात, स्पेक्ट्रम अ‍ॅनालायझरच्या आधी काही फिल्टर सर्किट्स जोडणे आवश्यक आहे. या उदाहरणात केवळ डायरेक्शनल कपलरच्या वापराची चर्चा केली असल्याने, फिल्टर सर्किट वगळण्यात आले आहे.

डायरेक्शनल कपलरचा उपयोग रिसीव्हरच्या अँटी-इंटरफेरन्स मापनासाठी किंवा सेल्युलर फोनच्या चुकीच्या उंचीच्या मापनासाठी केला जातो.
या चाचणी सर्किटमध्ये, डायरेक्शनल कपलरची डायरेक्टिव्हिटी खूप महत्त्वाची आहे. थ्रू एंडला जोडलेल्या स्पेक्ट्रम अॅनालायझरला फक्त DUT कडून सिग्नल मिळवायचा असतो आणि कपलिंग एंडकडून पासवर्ड मिळवायचा नसतो.

३, सिग्नल सॅम्पलिंग आणि मॉनिटरिंगसाठी
ट्रान्समीटरचे ऑनलाइन मापन आणि देखरेख हे डायरेक्शनल कपलरच्या सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या अनुप्रयोगांपैकी एक असू शकते. खालील आकृती सेल्युलर बेस स्टेशनच्या मापनासाठी डायरेक्शनल कपलरचा एक प्रातिनिधिक अनुप्रयोग दर्शवते. समजा, ट्रान्समीटरची आउटपुट पॉवर 43dBm (20W) आहे, डायरेक्शनल कपलरच्या कपलिंगची कपलिंग क्षमता 30dB आहे, इन्सर्शन लॉस (लाइन लॉस अधिक कपलिंग लॉस) 0.15dB आहे. कपलिंग टोकाकडून बेस स्टेशन टेस्टरला 13dBm (20mW) सिग्नल पाठवला जातो, डायरेक्शनल कपलरचे थेट आउटपुट 42.85dBm (19.3W) आहे, आणि आयसोलेटेड बाजूकडील लीकेज पॉवर लोडद्वारे शोषली जाते.

डायरेक्शनल कपलरचा वापर बेस स्टेशनच्या मापनासाठी केला जातो.
जवळजवळ सर्व ट्रान्समीटर ऑनलाइन सॅम्पलिंग आणि मॉनिटरिंगसाठी ही पद्धत वापरतात, आणि कदाचित केवळ हीच पद्धत सामान्य कार्य परिस्थितीत ट्रान्समीटरच्या कार्यप्रदर्शन चाचणीची हमी देऊ शकते. परंतु हे लक्षात घेतले पाहिजे की ट्रान्समीटरची चाचणी एकच असते आणि वेगवेगळ्या परीक्षकांच्या वेगवेगळ्या चिंता असतात. WCDMA बेस स्टेशनचे उदाहरण घेतल्यास, ऑपरेटर्सना त्यांच्या कार्यरत फ्रिक्वेन्सी बँडमधील (2110~2170MHz) सिग्नल गुणवत्ता, इन-चॅनल पॉवर, लगतच्या चॅनलची पॉवर इत्यादी निर्देशकांकडे लक्ष द्यावे लागते. या पार्श्वभूमीवर, उत्पादक बेस स्टेशनच्या आउटपुट टोकाला एक नॅरोबँड (जसे की 2110~2170MHz) डायरेक्शनल कपलर स्थापित करतात, जेणेकरून ट्रान्समीटरच्या इन-बँड कार्य स्थितीचे निरीक्षण करता येईल आणि ती माहिती कोणत्याही वेळी नियंत्रण केंद्राला पाठवता येईल.
जर रेडिओ फ्रिक्वेन्सी स्पेक्ट्रमचे नियामक - रेडिओ मॉनिटरिंग स्टेशन - सॉफ्ट बेस स्टेशनच्या निर्देशकांची चाचणी करत असेल, तर त्याचे लक्ष पूर्णपणे वेगळे असते. रेडिओ व्यवस्थापन विनिर्देशांच्या आवश्यकतांनुसार, चाचणी फ्रिक्वेन्सीची श्रेणी 9kHz~12.75GHz पर्यंत वाढवली जाते आणि चाचणी केले जाणारे बेस स्टेशन खूप विस्तृत असते. या फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये किती स्प्युरियस रेडिएशन (अनावश्यक किरणोत्सर्ग) निर्माण होईल आणि ते इतर बेस स्टेशन्सच्या नियमित कार्यात व्यत्यय आणेल? ही रेडिओ मॉनिटरिंग स्टेशन्ससाठी एक चिंतेची बाब आहे. यावेळी, सिग्नल सॅम्पलिंगसाठी समान बँडविड्थ असलेल्या डायरेक्शनल कपलरची आवश्यकता असते, परंतु 9kHz~12.75GHz कव्हर करू शकणारा डायरेक्शनल कपलर अस्तित्वात असल्याचे दिसत नाही. आपल्याला माहित आहे की डायरेक्शनल कपलरच्या कपलिंग आर्मची लांबी त्याच्या सेंटर फ्रिक्वेन्सीशी संबंधित असते. अल्ट्रा-वाइडबँड डायरेक्शनल कपलरची बँडविड्थ 0.5-18GHz सारख्या 5-6 ऑक्टेव्ह बँड्सपर्यंत पोहोचू शकते, परंतु 500MHz च्या खालील फ्रिक्वेन्सी बँड कव्हर केला जाऊ शकत नाही.

४, ऑनलाइन पॉवर मापन
थ्रू-टाइप पॉवर मापन तंत्रज्ञानामध्ये, डायरेक्शनल कपलर हे एक अत्यंत महत्त्वाचे उपकरण आहे. खालील आकृती एका सामान्य पास-थ्रू हाय-पॉवर मापन प्रणालीची योजनाबद्ध आकृती दर्शवते. चाचणी अंतर्गत असलेल्या अॅम्प्लिफायरमधून येणारी फॉरवर्ड पॉवर डायरेक्शनल कपलरच्या फॉरवर्ड कपलिंग टोकाद्वारे (टर्मिनल ३) सॅम्पल केली जाते आणि पॉवर मीटरकडे पाठवली जाते. रिफ्लेक्टेड पॉवर रिव्हर्स कपलिंग टर्मिनलद्वारे (टर्मिनल ४) सॅम्पल केली जाते आणि पॉवर मीटरकडे पाठवली जाते.
उच्च शक्तीच्या मापनासाठी डायरेक्शनल कपलरचा वापर केला जातो.
कृपया लक्षात घ्या: लोडवरून परावर्तित होणारी शक्ती प्राप्त करण्याव्यतिरिक्त, रिव्हर्स कपलिंग टर्मिनलला (टर्मिनल ४) फॉरवर्ड दिशेकडून (टर्मिनल १) लीकेज पॉवर देखील मिळते, जी डायरेक्शनल कपलरच्या डायरेक्टिव्हिटीमुळे निर्माण होते. टेस्टरला परावर्तित ऊर्जा मोजायची असते आणि परावर्तित शक्तीच्या मापनातील त्रुटींचा मुख्य स्रोत लीकेज पॉवर आहे. परावर्तित शक्ती आणि लीकेज पॉवर रिव्हर्स कपलिंग एंडवर (४ एंड्स) सुपरइम्पोज केल्या जातात आणि नंतर पॉवर मीटरकडे पाठवल्या जातात. दोन्ही सिग्नल्सचे प्रसारण मार्ग वेगवेगळे असल्यामुळे, हे एक वेक्टर सुपरपोझिशन आहे. जर पॉवर मीटरमध्ये इनपुट केलेल्या लीकेज पॉवरची तुलना परावर्तित शक्तीशी केली गेली, तर त्यामुळे एक मोठी मापन त्रुटी निर्माण होईल.
अर्थातच, लोडवरून (टोक २) परावर्तित झालेली शक्ती फॉरवर्ड कपलिंगच्या टोकाकडे (टोक १, जे वरील आकृतीत दाखवलेले नाही) देखील गळेल. तरीही, फॉरवर्ड शक्तीच्या तुलनेत तिचे प्रमाण नगण्य आहे, जी फॉरवर्ड ताकद मोजते. त्यामुळे होणाऱ्या त्रुटीकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.

चीनच्या “सिलिकॉन व्हॅली” – बीजिंग झोंगगुआनकुन येथे स्थित बीजिंग रोफिया ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड, ही देश-विदेशातील संशोधन संस्था, विद्यापीठे आणि उद्योगांमधील वैज्ञानिक संशोधन कर्मचाऱ्यांना सेवा देण्यासाठी समर्पित एक उच्च-तंत्रज्ञान कंपनी आहे. आमची कंपनी प्रामुख्याने ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांचे स्वतंत्र संशोधन आणि विकास, डिझाइन, उत्पादन आणि विक्री यामध्ये गुंतलेली आहे, आणि वैज्ञानिक संशोधक व औद्योगिक अभियंत्यांना नाविन्यपूर्ण उपाय आणि व्यावसायिक, वैयक्तिकृत सेवा प्रदान करते. अनेक वर्षांच्या स्वतंत्र नवनिर्मितीनंतर, कंपनीने फोटोइलेक्ट्रिक उत्पादनांची एक समृद्ध आणि परिपूर्ण मालिका तयार केली आहे, जी महानगरपालिका, लष्करी, वाहतूक, विद्युत ऊर्जा, वित्त, शिक्षण, वैद्यकीय आणि इतर उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

आम्ही तुमच्यासोबत सहकार्य करण्यास उत्सुक आहोत!