Направленный ответвитель принцип работы: Направленный ответвитель — это… Что такое Направленный ответвитель?

Содержание

Направленный ответвитель - это... Что такое Направленный ответвитель?

Направленный ответвитель — устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная — вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушен согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить — падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).

Радиочастотные направленые ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию, устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.

Применение

Схема двунаправленного ответвителя с детекторами для измерения мощности падающей и отражённой волны в антенном фидере

Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники, как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах — СВЧ ваттметрах, приборах для измерения КСВ, коэффициента передачи, установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений, а также в других случаях.

Классификация

  • Радиочастотные направленные ответвители
    • Волноводные НО
    • Волноводно-коаксиальные НО
    • Волноводно-полосковые НО
    • Коаксиальные НО
    • Полосковые НО
    • Шлейфные НО
    • НО на сосредоточенных элементах
  • Оптические (волоконно-оптические) направленные ответвители

Устройство радиочастотных НО

Волноводные НО

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн применяют волноводную конструкцию ответвителя. Он состоит из двух отрезков волновода, которые имеют на определенном участке общую тонкую стенку (широкую или узкую). В стенке, разделяющей волноводы, сделаны отверстия, служащие элементами связи, через которые ответвляется небольшая часть мощности из первичного волновода во вторичный. Количество отверстий, их форма и размеры определяют характеристики ответвителя. Направленное распространение во вторичном волноводе достигается в результате интерференции возбуждённых в нём волн, которые, складываясь, в одном направлении взаимно гасятся, а в другом — образуют результирующую ответвленную волну.

Волноводно-коаксиальные и волноводно-полосковые НО

Волноводно-коаксиальный НО имеет волноводную первичную и коаксиальную или полосковую вторичную линию, которая помещена непосредственно в волновод параллельно продольной его оси. Линия возбуждается поперечными составляющими магнитного поля волны в волноводе, подобно связанным линиям с волной типа Т. Ответвитель является противонаправленным. По сравнению с волноводным НО, волноводно-коаксиальный имеет существенно меньшие габариты.

Полосковый НО

НО на связанных линиях передачи

Наиболее компактные и широкополосные направленные ответвители в СВЧ диапазоне получаются при использовании эффектов взаимной связи в многопроводных линиях передачи с T-волнами, они могут быть реализованы как коаксиальные или полосковые НО. Коаксиальный НО представляет собой отрезок кругло-двухпроводного волновода, полосковый — два отрезка близко лежащих полосковых линий с общим экраном с выводами в виде коаксиальных разъёмов.

Шлейфные НО

Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем, они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух — и трехшлейфные НО.

НО на сосредоточенных элементах

На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.

НО на диэлектрических волноводах

На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведенных на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэфиициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются, от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).

(1)---\      /---(2)
       \____/
       /----\
(3)---/      \---(4)

Основные нормируемые характеристики

  • Переходное ослабление — логарифм отношения входной мощности основной линии к мощности, ответвленной в рабочее плечо вспомогательной линии
  • Направленность — логарифм отношения мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеч вторичной линии
  • Развязка — логарифм отношения мощности на входе первичной линии к мощности в нерабочем плече вторичной линии
  • Коэффициент стоячей волны первичной и вторичной линии
  • Диапазон частот

Устройство оптических НО

См. также

Литература

  • Сазонов Д. М., Гридин А. М., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ — М: Высш. школа, 1981
  • Чернушенко А. М. Конструирование экранов и СВЧ-устройств — 1990
  • А. Е. Аксенов. Направленный ответвитель на сосредоточенных индуктивных и емкостных элементах. — Радиотехника, 1976, № 2
  • Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. — М.: Связь, 1971
  • Справочник по элементам полосковой техники / Под ред. А. Л. Фельдштейна — М.: Связь, 1978
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х т. / Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Н. Дулина и др. — М.: Энергия, 1978
  • Диэлектрические волноводы / Взятышев В. Ф. — М.: Советское радио, 1970
  • Микроэлектронные устройства СВЧ : Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов / Под ред. Г. И. Веселова. — М.: Высш. шк., 1988
Нормативно-техническая документация
  • ОСТ11-224.007-82 Ответвители направленные коаксиальные. Общие технические требования
  • ОСТ11-П0.224.001-70 Ответвители направленные волноводные с равным делением мощности
  • ОСТ4-397.001-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Руководство по применению
  • ОСТ4-397.006-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Общие технические условия
  • ТУ 11-ХШМ0.356.074ТУ-88 Ответвители направленные прецизионные

Ссылки

Направленный ответвитель - это... Что такое Направленный ответвитель?

Направленный ответвитель — устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная — вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушен согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить — падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).

Радиочастотные направленые ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию, устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.

Применение

Схема двунаправленного ответвителя с детекторами для измерения мощности падающей и отражённой волны в антенном фидере

Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники, как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах — СВЧ ваттметрах, приборах для измерения КСВ, коэффициента передачи, установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений, а также в других случаях.

Классификация

  • Радиочастотные направленные ответвители
    • Волноводные НО
    • Волноводно-коаксиальные НО
    • Волноводно-полосковые НО
    • Коаксиальные НО
    • Полосковые НО
    • Шлейфные НО
    • НО на сосредоточенных элементах
  • Оптические (волоконно-оптические) направленные ответвители

Устройство радиочастотных НО

Волноводные НО

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн применяют волноводную конструкцию ответвителя. Он состоит из двух отрезков волновода, которые имеют на определенном участке общую тонкую стенку (широкую или узкую). В стенке, разделяющей волноводы, сделаны отверстия, служащие элементами связи, через которые ответвляется небольшая часть мощности из первичного волновода во вторичный. Количество отверстий, их форма и размеры определяют характеристики ответвителя. Направленное распространение во вторичном волноводе достигается в результате интерференции возбуждённых в нём волн, которые, складываясь, в одном направлении взаимно гасятся, а в другом — образуют результирующую ответвленную волну.

Волноводно-коаксиальные и волноводно-полосковые НО

Волноводно-коаксиальный НО имеет волноводную первичную и коаксиальную или полосковую вторичную линию, которая помещена непосредственно в волновод параллельно продольной его оси. Линия возбуждается поперечными составляющими магнитного поля волны в волноводе, подобно связанным линиям с волной типа Т. Ответвитель является противонаправленным. По сравнению с волноводным НО, волноводно-коаксиальный имеет существенно меньшие габариты.

Полосковый НО

НО на связанных линиях передачи

Наиболее компактные и широкополосные направленные ответвители в СВЧ диапазоне получаются при использовании эффектов взаимной связи в многопроводных линиях передачи с T-волнами, они могут быть реализованы как коаксиальные или полосковые НО. Коаксиальный НО представляет собой отрезок кругло-двухпроводного волновода, полосковый — два отрезка близко лежащих полосковых линий с общим экраном с выводами в виде коаксиальных разъёмов.

Шлейфные НО

Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем, они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух — и трехшлейфные НО.

НО на сосредоточенных элементах

На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.

НО на диэлектрических волноводах

На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведенных на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэфиициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются, от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).

(1)---\      /---(2)
       \____/
       /----\
(3)---/      \---(4)

Основные нормируемые характеристики

  • Переходное ослабление — логарифм отношения входной мощности основной линии к мощности, ответвленной в рабочее плечо вспомогательной линии
  • Направленность — логарифм отношения мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеч вторичной линии
  • Развязка — логарифм отношения мощности на входе первичной линии к мощности в нерабочем плече вторичной линии
  • Коэффициент стоячей волны первичной и вторичной линии
  • Диапазон частот

Устройство оптических НО

См. также

Литература

  • Сазонов Д. М., Гридин А. М., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ — М: Высш. школа, 1981
  • Чернушенко А. М. Конструирование экранов и СВЧ-устройств — 1990
  • А. Е. Аксенов. Направленный ответвитель на сосредоточенных индуктивных и емкостных элементах. — Радиотехника, 1976, № 2
  • Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. — М.: Связь, 1971
  • Справочник по элементам полосковой техники / Под ред. А. Л. Фельдштейна — М.: Связь, 1978
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х т. / Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Н. Дулина и др. — М.: Энергия, 1978
  • Диэлектрические волноводы / Взятышев В. Ф. — М.: Советское радио, 1970
  • Микроэлектронные устройства СВЧ : Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов / Под ред. Г. И. Веселова. — М.: Высш. шк., 1988
Нормативно-техническая документация
  • ОСТ11-224.007-82 Ответвители направленные коаксиальные. Общие технические требования
  • ОСТ11-П0.224.001-70 Ответвители направленные волноводные с равным делением мощности
  • ОСТ4-397.001-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Руководство по применению
  • ОСТ4-397.006-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Общие технические условия
  • ТУ 11-ХШМ0.356.074ТУ-88 Ответвители направленные прецизионные

Ссылки

Направленный ответвитель - это... Что такое Направленный ответвитель?

Направленный ответвитель — устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная — вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушен согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить — падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).

Радиочастотные направленые ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию, устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.

Применение

Схема двунаправленного ответвителя с детекторами для измерения мощности падающей и отражённой волны в антенном фидере

Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники, как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах — СВЧ ваттметрах, приборах для измерения КСВ, коэффициента передачи, установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений, а также в других случаях.

Классификация

  • Радиочастотные направленные ответвители
    • Волноводные НО
    • Волноводно-коаксиальные НО
    • Волноводно-полосковые НО
    • Коаксиальные НО
    • Полосковые НО
    • Шлейфные НО
    • НО на сосредоточенных элементах
  • Оптические (волоконно-оптические) направленные ответвители

Устройство радиочастотных НО

Волноводные НО

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн применяют волноводную конструкцию ответвителя. Он состоит из двух отрезков волновода, которые имеют на определенном участке общую тонкую стенку (широкую или узкую). В стенке, разделяющей волноводы, сделаны отверстия, служащие элементами связи, через которые ответвляется небольшая часть мощности из первичного волновода во вторичный. Количество отверстий, их форма и размеры определяют характеристики ответвителя. Направленное распространение во вторичном волноводе достигается в результате интерференции возбуждённых в нём волн, которые, складываясь, в одном направлении взаимно гасятся, а в другом — образуют результирующую ответвленную волну.

Волноводно-коаксиальные и волноводно-полосковые НО

Волноводно-коаксиальный НО имеет волноводную первичную и коаксиальную или полосковую вторичную линию, которая помещена непосредственно в волновод параллельно продольной его оси. Линия возбуждается поперечными составляющими магнитного поля волны в волноводе, подобно связанным линиям с волной типа Т. Ответвитель является противонаправленным. По сравнению с волноводным НО, волноводно-коаксиальный имеет существенно меньшие габариты.

Полосковый НО

НО на связанных линиях передачи

Наиболее компактные и широкополосные направленные ответвители в СВЧ диапазоне получаются при использовании эффектов взаимной связи в многопроводных линиях передачи с T-волнами, они могут быть реализованы как коаксиальные или полосковые НО. Коаксиальный НО представляет собой отрезок кругло-двухпроводного волновода, полосковый — два отрезка близко лежащих полосковых линий с общим экраном с выводами в виде коаксиальных разъёмов.

Шлейфные НО

Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем, они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух — и трехшлейфные НО.

НО на сосредоточенных элементах

На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.

НО на диэлектрических волноводах

На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведенных на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэфиициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются, от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).

(1)---\      /---(2)
       \____/
       /----\
(3)---/      \---(4)

Основные нормируемые характеристики

  • Переходное ослабление — логарифм отношения входной мощности основной линии к мощности, ответвленной в рабочее плечо вспомогательной линии
  • Направленность — логарифм отношения мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеч вторичной линии
  • Развязка — логарифм отношения мощности на входе первичной линии к мощности в нерабочем плече вторичной линии
  • Коэффициент стоячей волны первичной и вторичной линии
  • Диапазон частот

Устройство оптических НО

См. также

Литература

  • Сазонов Д. М., Гридин А. М., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ — М: Высш. школа, 1981
  • Чернушенко А. М. Конструирование экранов и СВЧ-устройств — 1990
  • А. Е. Аксенов. Направленный ответвитель на сосредоточенных индуктивных и емкостных элементах. — Радиотехника, 1976, № 2
  • Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. — М.: Связь, 1971
  • Справочник по элементам полосковой техники / Под ред. А. Л. Фельдштейна — М.: Связь, 1978
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х т. / Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Н. Дулина и др. — М.: Энергия, 1978
  • Диэлектрические волноводы / Взятышев В. Ф. — М.: Советское радио, 1970
  • Микроэлектронные устройства СВЧ : Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов / Под ред. Г. И. Веселова. — М.: Высш. шк., 1988
Нормативно-техническая документация
  • ОСТ11-224.007-82 Ответвители направленные коаксиальные. Общие технические требования
  • ОСТ11-П0.224.001-70 Ответвители направленные волноводные с равным делением мощности
  • ОСТ4-397.001-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Руководство по применению
  • ОСТ4-397.006-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Общие технические условия
  • ТУ 11-ХШМ0.356.074ТУ-88 Ответвители направленные прецизионные

Ссылки

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ УЗКОПОЛОСНОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ 1,5 мкм Текст научной статьи по специальности «Физика»

2003

Доклады БГУИР

январь- март

Том 1, № 1

УДК 621.372

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ УЗКОПОЛОСНОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ 1,5 мкм

В В.=1,48-1,5 на длине волны ~1,5-1,55 мкм. Значение величины Пф соответствует дисперсионным свойствам стандартного оптического волновода. Ширина канала составляет 1,5 мкм, что обеспечивает существование мод только низшего порядка. В качестве второго канала направленного ответвителя выбран стандартный волновод с параметрами: Пс„=1,86 — показатель преломления и ¿=0,42 мкм — толщина волноводного слоя, что позволяет иметь одномодовый режим в области длины волны 1,5 мкм. Проведено моделирование дисперсионных свойств фильтра на основе канального волновода на одномерной решетке Брэгга при использовании векторного формализма метода сшивания. Для расчета его рабочих характеристик применена теория "супермод". Показано, что вследствие существенного различия в ходе дисперсионных характеристик двух каналов направленного ответви-теля согласование фазовых скоростей мод обеспечивается только в области Я~1,5 мкм. Это позволяет иметь высоко селективные свойства для мод ТЕ поляризации в предлагаемом фильтре. Рассчитаны спектры пропускания направленного ответвителя с различными параметрами. Показана возможность достижения значения ширины полосы пропускания порядка субнанометров при общей длине структуры ~1 мм, что подтверждено экспериментально.

Ключевые слова: кремний, оксид кремния, одномерный фотонный "кристалл", узкополосный фильтр

Введение

Известно, что принцип работы направленного ответвителя основан на явлении полного обмена оптической мощностью при равенстве фазовых скоростей мод его каналов [1]. В этом случае диапазон длин волн, в котором достигается согласование, тем меньше, чем больше конструктивное различие между волноводами. Ширина полосы пропускания на полувысоте АЯ обратно пропорциональна длине ответвителя Ьс и дифференциальной дисперсии на длине волны, при которой имеет место согласование фазовых скоростей, и описывается выражением [2]

АЛ х ГС' ¡А

(1)

где Гс — длина связи, определяющаяся согласно кГС = (т + 1/2)п, т=0, 1, 2 . = в / к0 — эффективный показатель преломления, к0 — волновой вектор в вакууме.

Направленный ответвитель, состоящий из каналов с существенно различающимися дисперсионными характеристиками, исследовался ранее [3] и был использован в лазере, перестраиваемом в широком диапазоне длин волн [4]. Однако полоса пропускания ограничивалась 5— 10 нм при длине структуры ~1 мм, что обусловлено небольшой величиной дисперсии в стандартных оптических волноводах.

За последние 10 лет были предложены различные типы направленных ответвителей в качестве добавляющего или отнимающего сигналы оптического канала связи. Так, известен фильтр, использующий антирезонансные отражающие волноводы и имеющий следующие характеристики: АЛ =20 ГГц (~0,16 нм) при длине связи 28 см на длине волны 1,55 мкм [5, 6]. Другим примером является структура, состоящая из вертикально связанных различных полупроводниковых волноводов 1пОаЛ8/1пР материалов. Так, при длине фильтра 5 мм измеренная ширина полосы пропускания составила величину порядка 0,8 нм на длине волны ~1,265 мкм [7, 8]. Перестраиваемый оптический фильтр на основе 1пСаАзР/1пР планарного направленного ответвителя с решеточным элементом связи был изучен экспериментально, его характеристики составили: АЛ =1,5 нм при Гс= 5 мм на длине волны 1,3 мкм [9]. Представленные выше фильтры характеризуются шириной полосы пропускания в нанометровом диапазоне, однако имеют большую длину.

В данной статье предложен интегральный узкополосный фильтр для длины волны 1,5 мкм, использующий волновод на одномерной решетке Брэгга, связанный со стандартным оптическим волноводом, что позволило достичь существенного улучшения соотношения ширины полосы пропускания (порядка субнанометров) и длины связи (до 1 мм).

Теоретический анализ

Моделирование дисперсионных свойств канального волновода на одномерной решетке Брэгга, а также фильтра на его основе проводилось с использованием векторного формализма метода сшивания (или метода частичных областей) [10, с.41]. В [13] представлена усовершенствованная нелинейная задача на собственные значения метода сшивания, используемая в работе, позволяющая получать эффективный индекс мод различных порядков пе$, а также профили их распределения.

Для расчета рабочих характеристик направленного ответвителя применена теория "супер-мод" [14, с.524], в основе которой лежит нахождение постоянных распространения собственных мод в и их структуры целиком. Это дает возможность моделиро-в фильтре. Используя формализм теории "супермод",

Волноводный Решетка Брэгга слой Решетка Брэгга

(б)

Рис. 1. Геометрия направленного ответвителя пс„=1,86; й=0,42мкм, w=1,5 мкм, Б — расстояние между каналами; структура помещена в среду с показателем преломления п=1,44; ось ъ — направление распространения света (а) и профиль распределения показателя преломления канального волновода на основе одномерной решетки Брэгга в плоскости х-ъ, пс=2,6, ^=0,16 мкм, пс2=п2=1,44, 42=0,15 мкм; п1=3,48, ^=0,13 мкм, п2=1,44, 4=0,32 мкм (б)

профилей распределения для исследуемой вать процесс распространения излучения

был рассчитан спектр пропускания направленного ответвителя. выбрано согласно дисперсионным свойствам стандартного оптического волновода. Ширина канала составляет w=1,5 мкм, что обеспечивает существование мод только низшего порядка. Основные принципы разработки волновода на основе одномерной решетки Брэгга представлены в работе [15].

В качестве второго канала направленного ответвителя выбран стандартный оптический волновод со следующими параметрами: пга = 1,86 — показатель преломления и 6=0,42 мкм — толщина волноводного слоя, что обеспечивает одномодовый режим в области длины волны равной 1,5 мкм, что было определено, используя соотношение [16, с.2082]

(1)

¡2 2 V \П1 — П )

12

(2)

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Волновой вектор к0, мкм-1

Рис.=1,48 при Л=1,5 мкм, что обеспечило пересечение дисперсионных характеристик обоих каналов на выбранной длине волны (рис. 2, пунктирные линии).

Результаты и их обсуждение

Дисперсионные характеристики ТЕ мод направленного ответвителя представлены на рис. 2 (сплошные линии). Видно, что вследствие существенного различия в ходе дисперсионных характеристик двух каналов согласование фазовых скоростей мод обеспечивается только в области Л~ 1,5 мкм, что позволяет иметь высоко селективные свойства в предлагаемом фильтре.

В результате моделирования пропускания света направленным ответвителем и расчета спектра пропускания фильтра показано, что с ростом расстояния между каналами ответвителя спектр пропускания становится уже, а длина самого ответвителя, определяемая длиной связи, увеличивается (рис. 3). Это находится в согласии с теорией связанных мод [14, с.520], так, с увеличением межканального расстояния Б коэффициент связи к уменьшается, и "супермоды" ответвителя имеют профили распределения, как моды изолированных волноводов. И только в узком диапазоне длин волн моды связаны и имеет место их фазовое согласование. Также из-за обратной зависимости длины связи Ьс от коэффициента связи к с уменьшением к длина связи растет. Пу-

0.75

0.50

0.25

0.00

6.5

тем аппроксимации представленной на рис. 3 зависимости ширины полосы пропускания на полувысоте АЛ от длины связи ответвителя LC при различных значениях D показано, что для достижения диапазона значений ширины полосы пропускания порядка субнанометров необходимо увеличить межканальное расстояние направленного ответвителя более 2,4 мкм, что приведет также к возрастанию длины структуры до 1 мм.

Принципиальная возможность создания узкополосного фильтра, использующего волновод на основе одномерного фотонного "кристалла", подтверждена экспериментально [17]. Параметры одномерной решетки Брэгга составили d1=0,15 мкм и d2=0,25 мкм. Толщина волноводного слоя составила dC=0,28 мкм. Структура сформирована путем осаждения слоев SiO2 и a-Si на <100> ориентированной кремниевой подложке методом плазмохимического осаждения (ПХО) из газовой фазы в атмосфере силана при температуре 250°С. Для создания сердцевины стандартного волновода концентрация примеси германия в SiO2 составила приблизительно 4 ат.%. Это обеспечило относительное различие в величине показателя преломления по сравнению с SiO2 оболочкой, сформированной также методом ПХО. Канальная геометрия фильтра шириной 6 мкм была получена при помощи реактивного травления.

Для получения нормированного спектра пропускания образца использовался перестраиваемый лазер в диапазоне 1480-1590 нм длин волн. Входной и выходной сигналы снимались со стандартного волновода, спектр пропускания направленного ответвителя представлен на рис. 4. Провал в спектре пропускания расположен на длине волны —1,58 мкм и является единственным в диапазоне порядка 110 нм. Расчетная ширина полосы пропускания АЛ составила 0,3 нм при длине связи 2,2 мм, в то время как измеренная ширина полосы пропускания равна 0,8 нм при той же длине связи. Расхождение в величинах рассчитанной и измеренной ширины полосы пропускания может быть объяснено неточностью воспроизведения толщин слоев и их неоднородностью вдоль структуры.

Заключение

Представленные теоретические расчеты направленного ответвителя демонстрируют принципиальную возможность создания интегрального узкополосного фильтра при использовании канального волновода на основе одномерной решетки Брэгга. Проведено векторное моделирование дисперсионных свойств и расчет рабочих характеристик фильтра, представлены его дисперсионные характеристики и профили распределения "супермод". Показана возможность достижения ширины полосы пропускания на полувысоте спектра менее 1 нм при общей длине структуры —1 мм, что подтверждено также экспериментально. Представленные результаты демонстриру-

- - :----г - ■ :■..............■? • • - I- - .....

■----■ .......- - • - 7 ■ )..... ......... íízi: :

г Z -'-у

........ ; ; i ---

| :

100 1000 Длина ответвителя L, мкм

£

> 0.8

§ ф

н 0.2

~W4 АЛ=0.8нм

Г

1570 1575 1580 1585 Длина волны, мкм

1590

10

0

0.1

Рис. 3. Зависимость ширины полосы пропускания направленного ответвителя АЛ от длины связи ответвителя при различных значениях Б: 0,4; 0,8; 1,4; 2,0; 2,4 мкм (точки слева направо). Пунктирный участок представляет аппроксимированную зависимость

Рис. 4. Нормированный спектр пропускания, полученный с экспериментального образца канального направленного ответвителя на одномерной решетке Брэгга

ют пригодность канального волновода на основе одномерной решетки Брэгга для использования в таком оптическом элементе как узкополосный фильтр, что позволяет улучшить его характеристики по меньшей мере в четыре раза по сравнению с известными фильтрами, что вносит существенный вклад в развитие техники и технологии изготовления интегральных оптических элементов на фотонных кристаллах.

Работа была проведена при частичной поддержке "Photonic Program of the Foundation for strategic Research" и CISCO UPR гранта, а также Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта Т02М-127.

INTEGRATED DIRECTIONAL COUPLER WAVELENGTH FILTER FOR 1.5 |m

V.V. SHUSHUNOVA, V.E. BORISENKO, M. SWILLO, B JASKORZYNSKA,

M. QIU AND L. THYLEN

Abstract

The narrow band wavelength filter for 1.5 |im based on the coupling between a channel Bragg reflection waveguide (BRW) and a conventional low loss, weakly guiding channel waveguide has been designed. The Bragg reflection waveguide refractive index profile and its parameters were chosen to have the effective refractive index about nef=1,48-1,5 at the wavelength ~ 1.5-1.55 |m. The effective refractive index value corresponds to conventional optical waveguide dispersion. The channel width is 1.5 |m to provide only low order mode existing. As a second channel of the directional coupler conventional waveguide is taken with the following parameters: ncw=1.86 — refractive index and 6=0.42 |m — thickness of core that allowed having a single mode regime in the 1.5 |im wavelength range. The dispersion properties of the narrow band wavelength filter have been vectorially investigated by means the mode matching method. Filter transmission spectra were calculated using the "supermode" theory formalism. The TE and TM mode dispersion of the separated directional coupler channels and the narrow band filter were presented. It was shown that due to significant difference in dispersion of the channels the mode phase velocity agreement could be reached only in the narrow range around 1.5 |im. This fact is allowed having a highly wavelength selective properties for TE mode of the proposed filter. The directional coupler transmission spectra were calculated for different parameters, the channel distance increasing causes decreasing the full width at half maximum (FWHM) and growing coupler length defined by beating length. It is shown that wavelength bandwidth gives the subnanometers range at the filter length about 1 mm that was also proved experimentally.

Литература

1. Marcuse D. Theory of dielectric optical waveguides. Academic Press, 1991.

2. Интегральная оптика / Под общ. ред. Т. Тамира М, 1978.

3. Thylen L. // IEEE J. Quantum Electron. 1987. Vol. QE-23. P 1956.

4. Rigole P-J., Nilsson S., BerglindE., et al. // SPIE international symposium Optoelectronics. 1997. P. 382.

5. Delisle V., Trutschel U, Tremblay H, et. al. // IEEE Photonics Technology Lett. 1996. Vol. 8. P. 791.

6. Gehler J., Bräuer A., Karthe W., et. al. // Electron. Lett. 1995. Vol. 31. P. 547.

7. Wu Ch., Rolland C., Puetz N., et. al. // IEEE Photonic Technol. Lett. 1991. Vol. 3. P. 519.

8. Wu Ch., Rolland C., Shepherd F., et. al. // IEEE Photonic Technol. Lett. 1993. Vol. 4. P. 457.

9. Wu Ch., Wu C.M., KnightD.G., et. al. // Electron. Lett. 1995. Vol. 31. P. 231.

10. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы теории волноводов. М, 1974.

11. Mittra R., Hou Yu.L., Jamnejad V. // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1980. Vol. MTT-28. P. 36.

12. Tomita M. // IEICE Trans. Electron. 1997. Vol. E80-C. P. 1482.

13. Sudbo A.S. // Pure Appl. Opt. 1994. Vol. 2. P. 211.

14. Yariv A. Optical Electronics. Sanders College Publishing, 1991.

15. Шушунова В.В., Свилло М., Яскоржинска Б., и др. // Изв. Белорус. инж. акад. 2002. № 2(14)/2. C. 8.

16. Marcatili E.A.J. // The Bell System Technical Journal. 1969. N 7. P. 2071.

17. Dainese M., Swillo M., Thylen L., et al. // The Optical Fiber Communication conference. 2003.

Направленный ответвитель свч с регулируемым коэффициентом связи

 

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в приемных и передающих устройствах СВЧ. Направленный ответвитель состоит из двух направленных ответвителей на связанных линиях с равным делением мощности и двух плавных фазовращателей. Входы первого гибридного соединения являются входами направленного ответвителя, выходы первого гибридного соединения подключены через первый и второй фазовращатели ко входам второго гибридного соединения, а выходы второго гибридного соединения являются выходами устройства. Плавные фазовращатели выполнены двухсекционными, причем первая секция первого фазовращателя вносит неуправляемый фиксированный фазовый сдвиг 90 градусов относительно первой секции второго фазовращателя, а вторые секции первого и второго фазовращателей выполнены в виде аналоговых фазовращателей, вносящих управляемый фазовый сдвиг от 0 до 90 градусов. Техническим результатом является уменьшение неравномерности коэффициента связи направленного ответвителя в рабочей полосе частот.

Полезная модель относится к области радиотехники, а более конкретно, к направленным ответвителям СВЧ с регулируемым коэффициентом связи, и может быть использована в приемных и передающих устройствах СВЧ.

Известна схема направленного ответвителя с регулируемым коэффициентом связи, состоящего из двух направленных восьмиполюсников с равным делением мощности, соединенных через управляемые фазовращатели. [Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. - стр 120]. Эта схема выбрана в качестве прототипа. Коэффициент связи является функцией фазового сдвига, и для регулирования коэффициента связи в пределах от 0 до 1 необходимо реализовать плавный фазовращатель, вносящий управляемый фазовый сдвиг от 0 до 180 градусов. При реализации указанной схемы на практике обнаружено, что чем больше диапазон регулировки фазового сдвига, вносимого плавным фазовращателем, тем больше неравномерность фазового сдвига в полосе частот. Плавные фазовращатели проходного типа представляют собой, как правило, линию с плавно изменяемой электрической длиной, поэтому фазовый сдвиг у таких фазовращателей прямо пропорционален частоте. Фазовращатели отражательного типа представляют собой, как правило, квадратурные направленные ответвители (КНО), нагруженные на варикапы. У варикапа под действием управляющего напряжения изменяется емкость, а фазовый сдвиг является функцией реактивной проводимости варактора 2fC (C - емкость, f - частота). Чем более чувствителен фазовый сдвиг к изменению емкости С, тем более он чувствителен к изменению частоты f.

Поэтому недостатком указанной схемы является большая получаемая на практике неравномерность коэффициента связи в рабочей полосе частот.

Целью создания полезной модели является уменьшение неравномерности коэффициента связи направленного ответвителя в рабочей полосе частот.

Для достижения указанной цели предлагается направленный ответвитель СВЧ с регулируемым коэффициентом связи, включающий первый и второй направленные восьмиполюсники с равным делением мощности, каждый из которых имеет первый вход, второй вход, первый выход, второй выход, и первый и второй управляемые фазовращатели. Первый вход первого направленного восьмиполюсника является первым входом устройства, второй вход первого направленного восьмиполюсника является вторым входом устройства. Первый выход первого направленного восьмиполюсника подключен ко входу первого фазовращателя, второй выход первого направленного восьмиполюсника подключен ко входу второго фазовращателя. Выход первого фазовращателя подключен к первому входу второго направленного восьмиполюсника, выход второго фазовращателя подключен ко второму входу второго направленного восьмиполюсника. Первый выход второго направленного восьмиполюсника является первым выходом устройства, второй выход второго направленного восьмиполюсника является вторым выходом устройства. Согласно полезной модели, первый и второй направленные восьмиполюсники выполнены в форме квадратурных направленных ответвителей (КНО) на связанных линиях, а указанные фазовращатели являются двухсекционными, причем первая секция первого фазовращателя вносит неуправляемый фиксированный фазовый сдвиг 90 градусов относительно первой секции второго фазовращателя, а вторые секции первого и второго фазовращателей выполнены в виде плавных фазовращателей, вносящих управляемый фазовый сдвиг от 0 до 90 градусов.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства. На фиг.2 изображена электрическая схема направленного ответвителя с регулируемым коэффициентом связи, реализованного по схеме прототипа. На фиг.3 изображена электрическая схема направленного ответвителя с регулируемым коэффициентом связи, реализованного по предлагаемой модели.

Функциональная схема устройства изображена на фиг.1. Входы КНО 1 являются входами устройства. Первый выход КНО 1 подключен ко входу фазосдвигающей секции 2. Второй выход КНО 1 подключен ко входу фазосдвигающей секции 3. Выход фазосдвигающей секции 2 подключен ко входу фазосдвигающей секции 4. Выход фазосдвигающей секции 3 подключен ко входу фазосдвигающей секции 5. Выход фазосдвигающей секции 4 подключен к первому входу КНО 6. Выход фазосдвигающей секции 5 подключен ко второму входу КНО 6. Выходы КНО 6 являются выходами устройства.

Фазосдвигающая секция 2 вносит неуправляемый фиксированный фазовый сдвиг 90 градусов в рабочей полосе частот относительно фазосдвигающей секции 3. Фазосдвигающая секция 4 и фазосдвигающая секция 5 идентичны. При этом секция 4 обеспечивает управляемый фазовый сдвиг от 0 до 90 градусов относительно секции 5, находящейся в состоянии с минимальным вносимым фазовым сдвигом. И наоборот, секция 5 обеспечивает управляемый фазовый сдвиг от 0 до 90 градусов относительно секции 4, находящейся в состоянии с минимальным вносимым фазовым сдвигом.

Принцип работы предлагаемого направленного ответвителя с регулируемой связью проиллюстрируем на математической модели. Пусть КНО 1 и 6 являются идентичными согласованными взаимными восьмиполюсниками без потерь, обладающими идеальной направленностью. Пусть также фазосдвигающие секции 2, 3, 4, 5 являются идеально согласованными, и затухание сигнала при прохождении через секции 4 и 5 не зависит от вносимого фазового сдвига.

Тогда коэффициент связи направленного ответвителя К, равный модулю коэффициента передачи с первого входа на второй выход, и равный модулю коэффициента передачи со второго входа на первый выход, находится по формуле:

,

где

- коэффициент, учитывающий потери в фазовращателях;

С1 - коэффициент передачи с первого входа КНО 1 на первый выход КНО 1, равный коэффициенту передачи со второго входа КНО 1 на второй выход КНО 1, равный коэффициенту передачи с первого входа КНО 2 на первый выход КНО 2, равный коэффициенту передачи со второго входа КНО 2 на второй выход КНО 2;

С2 - коэффициент передачи с первого входа КНО 1 на второй выход КНО 1, равный коэффициенту передачи со второго входа КНО 1 на первый выход КНО 1, равный коэффициенту передачи с первого входа КНО 2 на второй выход КНО 2, равный коэффициенту передачи со второго входа КНО 2 на первый выход КНО 2;

=4-5,

где

4 - фазовый сдвиг, обеспечиваемый секцией 4;

5 - фазовый сдвиг, обеспечиваемый секцией 5.

,

,

,

.

Максимальный фазовый сдвиг уменьшен до 90 градусов по сравнению с прототипом, у которого он составляет 180 градусов. Значит, уменьшается и максимальная неравномерность фазового сдвига в рабочей полосе частот. Таким образом, достигается технический эффект, заключающийся в уменьшении неравномерности коэффициента связи в рабочей полосе частот, в силу зависимости коэффициента связи от фазового сдвига.

Достижение технического эффекта проиллюстрируем на примере.

На фиг.2 изображена электрическая схема микрополоскового направленного ответвителя с регулируемым коэффициентом связи, реализованная на основе схемы прототипа. Рабочий диапазон частот ответвителя 1,2-1,8 ГГц, относительная ширина полосы 40%. В качестве материала подложки используется керамика «Поликор» толщиной 1 мм. Направленные восьмиполюсники с равным делением мощности выполнены в виде мостов Ланге 7 и 8. Управляемые фазовращатели 9 и 10 выполнены в виде отражательных фазовращателей на основе мостов Ланге 11 и 12, у которых развязанные друг относительно друга выходы нагружены через трансформирующие цепи 13 на варикапы 14. Трансформирующие цепи 13 состоят из отрезков линий передач. Функциональное назначение трансформирующих цепей состоит в достижении фазового сдвига 180 градусов при ограниченном диапазоне изменения емкости варикапов. Цепи подачи постоянного управляющего напряжения и блокировочные конденсаторы не показаны. В качестве варикапов применяются диоды ВВ181 фирмы Philips Semiconductors с регулируемой емкостью перехода 1-12 пФ. Коэффициент связи мостов 7, 8, 11, 12 равен 0,717 на центральной частоте диапазона. Коэффициент связи направленного ответвителя изменяется в пределах от 0 до 0,91, при этом максимальная неравномерность коэффициента связи в рабочей полосе частот составляет ±0,20.

На фиг.3 изображена электрическая схема микрополоскового направленного ответвителя с регулируемым коэффициентом связи, реализованного на основе предлагаемой полезной модели. Рабочий диапазон частот ответвителя также 1,2-1,8 ГГц, элементная и технологическая база те же, что у ответвителя, изображенного на фиг.2. КНО 1 и 6 выполнены в виде мостов Ланге. Фазосдвигающая секция 2 выполнена в виде цепи Шиффмана [Schiffman В.М. A new class of broad-band microwave 90-degree phase shifters // IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.6, No 4, April 1958]. Фазосдвигающая секция 3 выполнена в виде отрезка линии передачи так, что она обеспечивает постоянный в рабочей полосе частот фазовый сдвиг 90 градусов относительно секции 2. Фазосдвигающая секция 4 и фазосдвигающая секция 5 выполнены аналогично управляемым фазовращателям 9 и 10, изображенным на фиг.2, за исключением того, что трансформирующие цепи не используются. Коэффициент связи изменяется в пределах от 0 до 0,88, при этом максимальная неравномерность коэффициента связи в рабочей полосе частот составляет ±0,11.

Таким образом, полезная модель обеспечивает уменьшение неравномерности коэффициента связи в рабочей полосе частот по сравнению с прототипом.

Направленный ответвитель СВЧ с регулируемым коэффициентом связи, включающий первый и второй направленные восьмиполюсники с равным делением мощности, каждый из которых имеет первый вход, второй вход, первый выход, второй выход, и первый и второй управляемые фазовращатели, причем первый вход первого направленного восьмиполюсника является первым входом устройства, второй вход первого направленного восьмиполюсника является вторым входом устройства, первый выход первого направленного восьмиполюсника подключен ко входу первого фазовращателя, второй выход первого направленного восьмиполюсника подключен ко входу второго фазовращателя, выход первого фазовращателя подключен к первому входу второго направленного восьмиполюсника, выход второго фазовращателя подключен ко второму входу второго направленного восьмиполюсника, первый выход второго направленного восьмиполюсника является первым выходом устройства, второй выход второго направленного восьмиполюсника является вторым выходом устройства, отличающийся тем, что первый и второй направленные восьмиполюсники выполнены в форме квадратурных направленных ответвителей на связанных линиях, а указанные фазовращатели являются двухсекционными, причем первая секция первого фазовращателя вносит неуправляемый фиксированный фазовый сдвиг 90º относительно первой секции второго фазовращателя, а вторые секции первого и второго фазовращателей выполнены в виде плавных фазовращателей, вносящих управляемый фазовый сдвиг от 0 до 90º.

Принцип действия прибора ИПИМ

Измеритель проходящей импульсной мощности предназначен для измерения мощности падающей волны икоэффициента бeryщей волны по напряжению (КБВн) в коаксиаль­ном 75-омном тракте передающего устройства.

Принцип работы прибора заключается в следующем. Направленный ответвитель, включенный в передающий тракт, с затуханием примерно 40 дб и направленностью не менее 20 дб, ответвляет часть мощности падающей или отраженной волны, в ре­зультате чего на нагрузке (75 Ом) направленного ответвителя образуется импульсное высокочастотное напряжение, пропорцио­нальное корню квадратному от величины мощности.

Это напряжение детектируется высокочастотным диодом, на нагрузке которого образуются видеоимпульсы. Meжду направлен­ным ответвителем и высокочастотным диодом включен RС-делитель предназначенный для компенсации частотной зависимости коэффи­циента переходного затухания направленного ответвителя в ра­бочем диапазоне частот.

Полученные на нагрузке высокочастотного диода видеоим­пульсы поступают на измерительный блок, который представляет из себя пиковый вольтметр. Измерительный прибор блока имеет две шкалы. Одна шкала градуирована в единицах мощности, вто­рая шкала - в относительных единицах КБВн.

При измерении мощности петля связи направленного ответвителя устанавливается в положение, при котором направленный ответвитель реагирует только на мощность падающей волны, и по прибору отсчитывается мощность падающей волны (Рп).

Для определения проходящей активной мощности (Ра) необхо­димо знать величину отраженной мощности (Ро) или КБВн антенно-фидерного тракта.

Эти две величины могут быть определены, если петлю связи направленного ответвителя повернуть на 180° по сравнению первоначальным положением.

Таким образом, величина активной мощности (Ра) может быть определена по двум формулам:

 

Pа = Pп – Pо , (1)

 

. (2)

 

где Ра - активная мощность, кВт;

Рп - мощность падающей волны, кВт;

Ро - мощность отраженной волны, кВт;

КБВн - коэффициент бегущей волны по напряжению.

 

Высокочастотный блок ВИ-001

Высокочастотный блок ВИ-001 предназначен для ответвления части высокочастотной мощности из тракта передатчика, выделения падающей или отражённой мощности из передающего тракта и детектирования ответвлённого сигнала.

Блок ВИ-001 изображён на рис. 4

Конструктивно блок разделяется на следующие элементы:

а) направленный ответвитель;

б) высокочастотный элемент;

в) электромагнит;

Направленный ответвитель

Направленный ответвитель включается в высокочастотный тракт передатчика и предназначен для ответвления части высокочастотной мощности падающей или отражённой волны в зависимости от положения петли связи. Изменение положения петли связи на 180о производится с помощью механизма, расположенного на корпусе ответвителя.

В приборе использован направленный ответвитель с поворотной петлёй связи и емкостным зондом. Длина петли связи во много раз меньше минимальной длины волны. Такой направленный ответвитель обладает высокой направленностью, но имеет зависимость коэффициента переходного затухания по частотному диапазону.

При увеличении частоты в направленном ответвителе пропорционально растёт наводимая электродвижущая сила (ЭДС) и уменьшается коэффициент переходного затухания направленного ответвителя.

В боковое плечо направленного ответвителя включён реостатно-ёмкостный делитель, напряжение на выходе которого имеет обратную зависимость.

При сочетании реостатно-ёмкостного делителя с направленным ответвителем получается слабо выраженная частотная зависимость переходного затухания во всём рабочем диапазоне.

Направленный ответвитель отбирает часть высокочастотной мощности, проходящей по линии передач, за счёт электрической и магнитной связи коаксиальной вставки с основным трактом.

Электрическая связь обеспечивается конструктивной ёмкостью, выполненной в виде зонда, магнитная связь – индивидуальностью, выполненной в виде петли.

Напряжения, наводимые в петле и в зонде , складываются на общей активной нагрузке. Величина и фаза вектора напряжения, наводимого за счёт ёмкостной связи, не зависит от угла поворота зонда.

Величина и фаза вектора напряжения, наводимого за счёт магнитной связи, зависит от угла поворота петли и изменяется по закону косинуса. В результате сложения этих двух векторов, при условии, что они равны по абсолютной величине, получаем направленную зависимость наводимого напряжения падающей и отражённой волны в зависимости от угла поворота петли.

Таким образом конструктивно петлю связи можно установить в направленном ответвителе так, что, наводимые падающей волной, напряжения Еc и EL будут складываться на резисторе, а напряжения, наводимые отражённой волной, взаимно уничтожаются.

Если повернуть петлю связи на 100о, произойдёт сложение напряжений Еc и EL для отражённой волны и уничтожение (вычитание) Еc и EL для падающей волны.

Направленность в децибелах определяется по формуле:

. (3)

Конструктивно размеры основных элементов направленного ответвителя, определяющих величину связи, выбраны из условия получения минимально-допустимой величины наводимого напряжения, которое необходимо для обеспечения работы детектора на линейном участке характеристики.

Направленный ответвитель выполнен в виде отдельного элемента (рис. 4. 1), который сочленяется с высокочастотным элементом (2) с помощью коаксиального разъёма. На поворотной части (6) ответвителя размещены:

Коаксиальная вставка (5), ёмкостный зонд, петля связи и резистор.

Для создания магнитной связи в стенке коаксиального тракта прорезаны щели. Зонд опускается в отверстие, прорезанное в наружной стенке коаксиала.

Высокочастотный элемент.

Высокочастотный элемент состоит из реостатно-ёмкостного делителя и детектирующего диода.

Реостатно-емкостной делитель состоит из резистора R7,включенного последовательно в коаксиальную линию, и конструктивной емкости C2, RC-делитель предназначен для выравнивания коэффициента переходного затухания направленного ответвителя в частотном диапазоне.

Расчет емкости делителя произведен на основании соотношения

, (4)

где N-затухание делителя, дБ;

f -частота сигнала, проходящего через направленный ответвитель в антенну, Гц;

C-величина конструктивной емкости, ф;

R-сопротивление резистора, входящего в делитель, Ом;

 

Высокочастотный элемент имеет коаксиальную конструкцию. Волновое сопротивление коаксиальной линии – 75 Ом. Для обеспечения хорошего согласования входа высокочастотного элемента наружный проводник коаксиальной линии сделан в виде экспоненциального конуса. Емкость реостатно-емкостного делителя образована фторопластовыми шайбами.

Детектирование высокочастотного сигнала производится с помощью диода Л2. Между анодом диода и конструктивной емкостью включен антирезонансный резистор R6. С наружной стороны высокочастотного элемента, выше конструктивной емкости,расположен фланец для крепления электромагнита.

Высокочастотный элемент расположен в центре корпуса. На внешней стороне корпуса расположены две высокочастотные розетки и вилка. Розетка Ф1 служит для снятия сигнала на измерительный блок БТ-006, розетка Ф2 – для снятия сигналана блок допускового контроля БК-005.

Питание высокочастотного элемента осуществляется с измерительного блока БТ-006 через вилку Ш1.

Внутри корпуса размещена радиолампа, обе половины которой работают по схеме катодных повторителей.

Электромагнит ЕЛЗ.254.020

Электромагнит предназначен для подачи калибрующего напряжения относительно корпуса на анод диода Л2.

Конструктивно электромагнит состоит из цилиндрического наружного магнитопровода, торцы которого оформлены в виде фланцев. Одним фланцем электромагнит крепится к высокочастотному элементу.

На втором фланце крепится контактная колодка. Якорь электромагнита несет изолированный от корпуса электрический контакт, с помощью которого и осуществляется подача калибрующего напряжения на анод диода Л2.Обмотка электромагнита размещена на латунной катушке. Сопротивление обмотки постоянному току составляет 90 Ом 5 Ом. Напряжение срабатывания электромагнита минус 27 В.

Измерительный блок БТ-006

Блок БТ-006 предназначен для измерения величины мощности и коэффициента бегущей волны по напряжению (КБВн).

Конструктивно и электрически блок БТ-006 разделяется на следующие элементы;

а) линейка импульсного вольтметра

б) линейка анодного стабилизированного выпрямителя 200 В 120 мА;

в) линейка стабилизированного накального напряжения 6,3 В 8 А.

Основным назначением измерительного блока является измерение амплитуды видео импульсов, поступающих с выхода блока ВИ-001, который производятся с помощью импульсного вольтметра.

При измерении мощности ручку галетного переключателя В3 установить в положение МОЩНОСТЬ . Тумблер В1 установить в положение выбранного канала АЗИМУТ (азимутальный) или ДАЛЬН. (дальномерный). Ручки ПАТ.-ОТР. на блоках ВИ-001 установить в положение ПАД. (падающая волна). Подсоединить кабели между двумя блоками ВИ-001 и блоком БТ-006 согласно схеме. Прибор готов к измерению мощности падающей волны.

Работа пикового вольтметра основана на принципе накоплении заряда на конденсаторе диодного накопительного каскада с последующим измерением величины напряжения на этом

конденсаторе с помощью усилителя постоянного тока, собранного по балансной схеме.

Резистор R2 РЕГУЛИР. НУЛЯ (регулировка нуля) предназначен для симметрирования обеих половин лампы Л2 (грубая балансировка УПТ).

Резистор R2 совместно с регулируемым резистором R11 НУЛЬ ПРИБОРА, находящимся на лицевой панели блока БТ-006, образуют делитель напряжения , которое обеспечивает точную балансировку схемы, то есть установку стрелки индикаторного прибора на нуль шкалы.

В положении КБВн галетного переключателя В3 производится измерение КБВн передающего тракта. Для этого необходимо галетный переключатель В3 поставить в положение КБВн , ручку ПАД.- ОТР. на блоке ВИ-001 установить в положение ПАД. (падающая волна) и потенциометром КБВн , находящемся на передней панели блока БТ-006, установить стрелку прибора на шкале КБВн на нуль. Затем ручку ПАД. - ОТР. установить в положение ОТР. (отраженная волна ), при этом петля связи направленного ответвителя повернется на 180о .

В этом положении петли направленный ответвитель обладает малым коэффициентом затухания для отраженной волны и большим коэффициентом для падающей волны. По нижней шкале прибора (шкала КБВн) произвести отсчет величины КБВн передающего тракта.

В положении галетного переключателя КОНТРОЛЬ производится проверка коэффициента передачи измерительной схемы стабилизированным напряжением 6,3 В 400 Гц. В этом положении на анод ВЧ диода , находящегося в блоке ВИ-001, с помощью электромагнита подается калибровочное стабилизированное напряжение 6,3 В 400 Гц. Если коэффициент передачи схемы не изменился во времени, то стрелка индикаторного прибора покажет определенную величину мощности P1, которая была установлена резистором R2 или R4, после калибровки прибора методом сравнения по калориметрическому измерителю мощности (эта величина мощности записана в графе КОНТРОЛЬ таблицы калибровки диодов для соответствующего диода и канала. Таблица помещена в формуляре радио маяк).

Если коэффициент передачи измерительной схемы уменьшился, то измерительный прибор покажет какую-то величину мощности P2, что будет указывать о наличии ошибки в измерении. Для ликвидации этой ошибки необходимо галетный переключатель поставить в положение КАЛИБРОВКА и резистором R5 или R7, находящемся в блоке , установить первоначальное показание индикаторного прибора P1I. Величина P1Iдолжна быть зафиксирована в момент калибровки по калориметрическому измерителю мощности (эта величина мощности записана в графе КАЛИБРОВКА таблицы калибровки диодов для соответствующего диода и канала).

В случае, если ошибка, вызванная изменением коэффициента передачи, будет более 30 %, то есть

(5)

где δ-величина ошибки, вызванная изменением коэффициента передачи, %,

 

то необходимо проверить лампы блока БТ-006 и лампу Л2 блока ВИ-001 соответствующего канала, несправные лампы заменить.

Если сшибка δ после смены указанных ламп будет опять более 30 % , следует сменить и лампу Л1 в блоке ВИ-001. После смены ламп, необходимо записать формуляр прибора или журнал радиомаяка величину показателя индикаторного прибора в положение КОНТРОЛЬ. Это будет новое значение P1. Относительно этой величины необходимо производить отсчёт ошибки старения (δ).

Далее, после смены диода, галетный переключатель поставить в положение КАЛИБРОВКА и резистором R5 или R7 установить показания индикаторного прибора на величину, которая указана в таблице калибровке диодов, приведённой в формуляре на радиомаяк.

Направленный ответвитель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 5

Направленный ответвитель

Cтраница 5

Метод направленного ответвителя состоит в выделении и измерении амплитуд ( а иногда и фаз) падающей и отраженной волн с последующим преобразованием в измеряемые параметры либо их расчетом.  [61]

Направленность идеального направленного ответвителя равна бесконечности.  [63]

Действие описанного направленного ответвителя зависн от отношения расстояния между щелями к длине волны, а поэтому такой ответвитель узкополосный.  [65]

Структура классического направленного ответвителя содержит две вол-новодные линии: главную А и вспомогательную В. По главной линии распространяется падающая волна от генератора к нагрузке и отраженная от нагрузки к генератору. Вспомогательная линия работает в режиме согласования с обеих сторон. Между главной и вспомогательной линиями имеются общие отверстия в прилегающих стенках. Расстояние между отверстиями равно четверти длины волны, распространяющейся в главной линии. Таким образом измеряется мощность падающей волны.  [66]

Проектирование описанного направленного ответвителя ведется последовательным приближением при расчете его параметров на основе ранее приведенных формул определения матричных параметров МСПЛ.  [67]

Использование трехдецнбельного шлейфного направленного ответвителя имеет то преимущество, что весь фазовращатель может быть реализован в одной плоскости и на одной плате. При реализации ответвителя на отрезках линии передачи габариты устройства становятся значительно больше габаритов направленного ответвителя на связанных линиях. Полоса шлейфного гибрида ограничена вследствие того, что высокоомные шлейфы многошлейфных широкополосных устройств не могут быть уверенно воспроизведены из-за малой ширины полосковых линий.  [68]

К направленному ответвителю присоединены генератор с.  [70]

В направленном ответвителе нужные фазовые соотношения соблюдаются лишь в том случае, если расстояние между отверстиями точно равно четверти длины волны распространяющихся в волноводе колебаний.  [71]

В направленном ответвителе нужные фазовые ооотношения соблюдаются лишь в том случае, если расстояние между отверстиями точно равно четверги длины волны распространяющихся в волноводе колебаний.  [73]

Если повернуть направленный ответвитель на 180, то на выход измерителя будет ответвляться энергия, пропорциональная мощности только отраженной волны. Включив два таких ответвителя, можно одновременно измерять ответвленную мощность падающей и отраженной волн.  [74]

Страницы:      1    2    3    4    5

Направленные ответвители

: их работа и применение

Урваши Сенгал
Инженер-прикладник, мини-схемы

Направленные ответвители являются важным типом устройств обработки сигналов. Их основная функция - выборка радиочастотных сигналов с заданной степенью связи с высокой изоляцией между портами сигнала и портами выборки, что поддерживает анализ, измерение и обработку для многих приложений. Поскольку они являются пассивными устройствами, они также работают в обратном направлении, при этом сигналы вводятся в основной тракт в соответствии с направленностью устройств и степенью связи.Как мы увидим ниже, существует несколько вариантов конфигурации направленных ответвителей.

В идеале, ответвитель должен быть без потерь , соответствует и взаимно . Основными характеристиками трех- и четырехпортовых сетей являются изоляция , связь и направленность , значения которых используются для характеристики ответвителей. Идеальный ответвитель имеет неограниченную направленность и изоляцию, а также коэффициент связи, выбранный для предполагаемого применения.

Функциональная схема на рис. 1 иллюстрирует работу направленного ответвителя, за которым следует описание соответствующих рабочих параметров. Верхняя диаграмма представляет собой 4-портовый ответвитель, который включает как связанные (прямой), так и изолированные (обратный или отраженный) порты. Нижняя диаграмма представляет собой трехпортовую структуру, в которой отсутствует изолированный порт. Это используется в приложениях, где требуется только один выход с прямой связью. 3-портовый соединитель может быть подключен в обратном направлении, когда ранее подключенный порт становится изолированным портом:

Рисунок 1: Основные конфигурации направленного ответвителя

Тактико-технические характеристики:

  1. Коэффициент связи: Указывает долю входной мощности (на P1), которая передается на связанный порт, P3
  2. Направленность: Это мера способности ответвителя разделять волны, распространяющиеся в прямом и обратном направлениях. направления, наблюдаемые на соединенном (P3) и изолированном (P4) портах
  3. Изоляция: Указывает мощность, подаваемую на несвязанную нагрузку (P4)
  4. Вносимые потери: Это учитывает подаваемую входную мощность (P1) на переданный порт (P2), который уменьшается за счет мощности, подаваемой на связанные и изолированные порты.

Значения этих характеристик в дБ:

Муфта = C = 10 log (P1 / P3)

Направленность = D = 10 log (P3 / P4)

Изоляция = I = 10 log (P1 / P4)

Вносимая потеря = L = 10 log (P1 / P2)

Направленные ответвители:

Этот тип соединителя имеет три доступных порта, как показано на рис. 2, где четвертый порт терминирован внутри для обеспечения максимальной направленности.Основная функция направленного ответвителя - выборка изолированного (обратного) сигнала. Типичное применение - измерение отраженной мощности (или косвенно КСВН). Хотя он может быть подключен в обратном направлении, этот тип соединителя не является взаимным. Поскольку один из связанных портов имеет внутреннюю оконечную нагрузку, доступен только один связанный сигнал. В прямом направлении (как показано) связанный порт производит выборку обратной волны, но если он подключен в обратном направлении (вход RF справа), связанный порт будет выборкой прямой волны, уменьшенной на коэффициент связи.При таком подключении устройство можно использовать в качестве пробоотборника для измерения сигнала или для доставки части выходного сигнала в схему обратной связи.

Рисунок 2: Направленный ответвитель на 50 Ом

Преимущества:

  1. Характеристики могут быть оптимизированы для прямого пути
  2. Высокая направленность и изоляция
  3. На направленность ответвителя сильно влияет согласование импеданса, обеспечиваемое оконечной нагрузкой на изолированном порте.Внутренняя отделка этого разъема обеспечивает высокую производительность.

Недостатки:

  1. Соединение доступно только на прямом пути
  2. Нет соединенной линии
  3. Номинальная мощность соединенного порта меньше, чем у входного порта, поскольку мощность, подаваемая на соединенный порт, почти полностью рассеивается на внутренней оконечной нагрузке.

Пример:

Mini-Circuits ZCDC20-E18653 + - это коаксиальный направленный ответвитель с номинальной связью 20 дБ в диапазоне частот от 18 до 65 ГГц.Эта модель обеспечивает входную мощность РЧ до 12 Вт и пропускает постоянный ток до 0,48 А

Рис. 3. Кривые рабочих характеристик для мини-схем ZCDC20- E18653 +

Муфты двунаправленные:

Этот тип соединителя имеет четыре порта, все доступные для использования заказчиком. Он имеет симметричную конструкцию, позволяющую одновременно производить дискретизацию прямого и обратного сигналов. Ответственность за правильное согласование или терминирование обоих связанных портов лежит на разработчике.

Рисунок 4: Схема двунаправленного ответвителя

Преимущества:

  1. Симметричная конструкция
  2. Порты ввода и вывода взаимозаменяемы
  3. Имеются две линии передачи. Спаренная линия работает так же, как и магистраль
  4. Имеет прямое и обратное соединение

Недостатки:

  1. Дизайн имеет решающее значение для поддержания хорошей производительности в обоих направлениях.
  2. Направленность ответвителя зависит от того, насколько хорошо изолирован порт терминирован.

Пример:

ZGBDC35-93HP + компании

Mini-Circuits представляет собой коаксиальный двунаправленный ответвитель с номинальной связью 35 дБ в диапазоне частот от 900 до 9000 МГц. Эта модель обеспечивает входную ВЧ-мощность 250 Вт и пропускает постоянный ток до 3 А

.

Рисунок 5: Рабочие характеристики двунаправленного ответвителя Mini-Circuits ZGBDC-93HP +.

Двунаправленные ответвители:

Этот третий тип соединителя представляет собой комбинацию двух 3-портовых соединителей с каскадом их основных линий и их внутренних оконечных портов, обращенных друг к другу на интерфейсе между соединителями.Эта конфигурация обеспечивает двунаправленное действие ответвителя, но с независимым использованием связанных портов. Основное преимущество состоит в том, что несоответствующая нагрузка, приложенная к одному порту, не повлияет на другой.

Рисунок 6: Схема двойного направленного ответвителя

Преимущества:

  1. Производительность можно оптимизировать как для прямого, так и для обратного тракта
  2. Может быть достигнута более высокая направленность и изоляция
  3. Обеспечивает прямую и обратную связь
  4. На направленность одного пути не влияет несоответствие, присутствующее на другом пути
  5. Также может использоваться для одновременного контроля прямой и обратной мощности системы

Недостатки:

  1. Обычно включает в себя два направленных назад к спине ответвителя
  2. Больший размер по сравнению с направленными и двунаправленными ответвителями
  3. Отсутствует связанная линия (недоступна на обоих концах)
  4. Более высокие вносимые потери, чем у однонаправленных и двунаправленных ответвителей. направленный ответвитель

Пример

Mini-Circuits DDCH-50-13 + - это полосковой двунаправленный ответвитель для поверхностного монтажа с номинальным коэффициентом связи 50 дБ в диапазоне частот от 20 до 1000 МГц.Эта модель обеспечивает обработку входной РЧ-мощности до 120 Вт и пропускание постоянного тока до 4 А .

Рисунок 7: Рабочие характеристики мини-схем DDCH-50-13 + двойной направленный ответвитель

Рефлектометр

При подключении, как показано на рис. 2, ответвитель обеспечивает выборку отраженной волны на подключенном порте. Это позволяет измерять отраженную мощность, представляющую степень рассогласования нагрузки. При размещении на выходе передатчика эта конфигурация может контролировать КСВ антенной системы как для измерения, так и для контроля.Многие радиочастотные системы включают регулировку минимального КСВН, в то время как другие включают обнаружение чрезмерного КСВН для защиты цепи, обычно путем снижения мощности или отключения.

Рисунок 8: Схема 3-портового направленного ответвителя в простой установке рефлектометра.

Прямой отбор проб

При обратном подключении связанный порт обеспечивает выборку выходного сигнала (прямой сигнал), ослабленный коэффициентом связи. Этот образец можно использовать для мониторинга формы сигнала, анализа спектра и других функций тестирования и измерения.

Выровненный генератор

Образец также можно использовать для управления схемой обратной связи. Одним из важных приложений этого типа является выравнивание амплитуды генератора сигналов, обеспечивающее постоянный источник сигнала для тестовой системы.

Рисунок 9: Схема 3-портового направленного ответвителя в выровненной генераторной установке.

Установка для проверки интермодуляции приемника

Тестовые сигналы для двухтонального тестирования могут быть объединены либо в направленном ответвителе, либо в сумматоре мощности.Оба метода обеспечат необходимую изоляцию между источниками сигнала.

Рисунок 10: Схема 3-портового направленного ответвителя в установке для тестирования интермодуляции приемника.

Прямая и обратная выборка

Несмотря на то, что отраженная мощность или КСВН важны, может быть более полезным одновременно выполнять выборку как прямого, так и отраженного сигналов. Эта функция обеспечивается двунаправленным ответвителем, который позволяет контролировать или измерять выходную мощность (прямая) и отраженная (обратная).Встроенные системы тестирования (BIT), производственные испытания и текущий рабочий мониторинг - все это выигрывает от двунаправленной связи.

Рефлектометр

Это элемент схемы, который обеспечивает измерение прямой и отраженной мощности (обычно калибруется как КСВН). Это обычная и очень полезная функция тестирования в ВЧ-лабораториях и производственных испытательных средах. Рефлектометр может быть либо частью автономного прибора для измерения мощности / КСВН, либо он может быть реализован как компонент в тестовой системе, оборудовании связи или другой радиочастотной системе (например,g, МРТ или РЧ-нагрев).

Прямая и обратная выборка

Как отмечалось выше и на рис. 4, двойной направленный ответвитель действует как двунаправленный ответвитель, но с отдельными путями прямого и обратного связи. Это обеспечивает изоляцию, которая устраняет влияние несовпадения одного пути с другим.

Рефлектометр (более точные результаты, чем двунаправленный)

Типичным применением двунаправленных и двунаправленных ответвителей является рефлектометр. При реализации с использованием двойного ответвителя точность повышается, особенно в условиях, когда один или другой связанный порт может иметь значительное несоответствие.

Направленные ответвители - важные устройства в радиочастотных системах. Их способность измерять прямое или обратное направление распространения сигнала позволяет использовать их в широком спектре приложений для тестирования, измерения, мониторинга, обратной связи и управления. Это примечание должно помочь разработчикам системы понять функцию, архитектуру и производительность соединителя, чтобы выбрать подходящий тип для своего конкретного приложения.

Найдите подходящий направленный, двунаправленный или двунаправленный ответвитель для вашего приложения из сотен в каталоге Mini-Circuits.

Микроволны101 | Направленные ответвители

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную ответвителям и разветвителям

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о гибридных (3 дБ) ответвителях

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную основам теории сетей

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную соединителям для парных линий

Направленные ответвители - это четырехпортовые схемы, в которых один порт изолирован от входного порта. Направленные ответвители - это пассивные встречные сети, о которых вы можете прочитать больше на нашей странице, посвященной основам теории сетей.Все четыре порта (в идеале) согласованы, а схема (в идеале) без потерь. Направленные ответвители могут быть выполнены в виде микрополосковых, полосковых, коаксиальных и волноводных. Они используются для выборки сигнала, иногда как падающей, так и отраженной волны (это приложение называется рефлектометром, который является важной частью анализатора цепей). Направленные ответвители обычно используют распределенные свойства микроволновых цепей. Процесс связи обычно происходит в пределах четвертьволновой или нескольких четвертьволновых частей устройства.В этих распределенных элементах связи энергия и поля одной структуры взаимодействуют с энергией и полями другой распределенной структуры, связывая сигналы друг с другом. Также могут быть сконструированы элементы с сосредоточенными параметрами и гибридные соединители. Эти ответвители не полагаются на взаимодействие полей и волн между структурами передачи для создания характеристик, аналогичных характеристикам структур со связанными линиями, а вместо этого полагаются на сети, состоящие из независимых (несвязанных) схемных элементов.

Что мы подразумеваем под «направленным»? Направленный ответвитель имеет четыре порта, один из которых считается входом, один считается «сквозным» портом (через который выходит большая часть падающего сигнала), один считается «связанным» портом (где фиксированная часть появляется входной сигнал, обычно выражаемый в дБ), и один порт рассматривается как «изолированный» порт, который обычно терминирован.На некоторых коммерческих ответвителях четвертый (изолированный) порт завершается внутренне или внешне с согласованной нагрузкой, в результате чего четырехпортовое устройство выглядит как трехпортовое. Если сигнал перевернут, так что он входит в «сквозной» порт, большая часть его выходит из «входного» порта, но связанный порт теперь является портом, который ранее считался «изолированным портом». Связанный порт зависит от того, какой порт является портом инцидента.

Прямые и обратные ответвители

Новое за январь 2013 г .: далее мы опишем простую разницу между прямой и обратной связью волн.В ответвителе прямой волны энергия, которая распространяется вниз по линии передачи, запускает параллельную волну вниз по линии передачи 2, как показано ниже. Наиболее распространенный прямой ответвитель - это многоотверстный ответвитель, реализованный в волноводе. В этом случае отверстия расположены на расстоянии четверти волны друг от друга, так что обратная волна компенсируется. Возможна плоская связь в широкой полосе пропускания, для определения размеров и положения каждого соединительного отверстия используются математические вычисления.

В обратном ответвителе , или , обратном соединителе энергия, которая распространяется по линии передачи, запускает обратную волну по линии передачи 2, как показано ниже.Односекционные связанные линии передачи всегда являются ответвителями обратной волны (и выходы находятся в квадратуре), ответвитель Ланге является одним из примеров. Асимметричные многосекционные связанные структуры обеспечивают синфазный отклик прямой волны, а симметричные многосекционные ответвители обеспечивают квадратурную характеристику обратной волны. Постарайтесь запомнить это для предстоящей викторины ...

Не зацикливайтесь на номенклатуре портов, «стандартного» способа нумерации портов не существует. Мы использовали нотацию по часовой стрелке, и мы постараемся оставаться последовательными, по крайней мере, на этой странице.Также не существует идеального соединителя, в прямом соединителе в некоторой степени будет обратное соединение, и наоборот.

Микроволны101 Практическое правило

Большинство волноводных ответвителей соединяются в прямом направлении, поскольку они используют несколько соединительных отверстий; сигнал, поступающий на порт 1, будет передаваться на порт 3 (порт 4 изолирован в нашей нотации по часовой стрелке). Микрополосковые или полосковые ответвители являются ответвителями обратной волны, потому что они полагаются на связанные линии: для сигнала, падающего на порт 1, порт 4 является связанным портом (порт 3 изолирован в нашем обозначении по часовой стрелке).

Связанный порт на микрополосковом или полосовом направленном ответвителе находится ближе всего к входному порту, потому что это ответвитель обратной волны . В волноводном широкостенном направленном ответвителе связанный порт находится ближе всего к выходному порту, поскольку это ответвитель прямой волны .

Вот "бонусное" эмпирическое правило:

Микроволны101 Практическое правило

Прямые ответвители - это синфазные ответвители. Обратные ответвители соединяются в квадратуре (фаза связанного порта на 90 градусов отрицательнее, чем фаза прямого порта).Мы пытаемся объяснить, почему фазы находятся в квадратуре на нашей странице ответвителей для связанных линий.

Разветвитель Narda, представленный ниже, выполнен в виде полосковой линии (вы должны разрезать его, чтобы знать это, но просто доверяйте нам), что означает, что это ответвитель обратной волны. Входной порт находится справа, а порт, обращенный вверх, - это связанный порт (противоположный порт оканчивается этой странной конусообразной штукой, которая аннулирует гарантию, если вы ее удалите. К счастью, Нарда обычно печатает стрелку на муфте, чтобы показать как им пользоваться, но стрелка находится на той стороне, которая на фото скрыта.

На волноводном ответвителе ниже вход находится слева, а связанный порт - справа, указывая на левое ухо. В направляющую напротив сопряженного порта встроена заделка, хотя вы ее не видите.

Стандартное условное обозначение направленного ответвителя

Если посмотреть на общий символ направленного ответвителя ниже, то если порт 1 - это инцидентный порт, то порт 2 - это сквозной порт (поскольку он соединен прямой линией).Порт 3 - это связанный порт, а порт 4 - это изолированный порт. Для сигнала, поступающего на порт 2, порт 1 является сквозным портом, порт 4 - связанным портом, а порт 3 - изолированным портом. Просто следуйте линиям! Приведенный ниже символ относится к соединителю , переднему . Примечание: этот абзац был исправлен в ноябре 2011 года благодаря Джиму!

Если у вас возникнут какие-либо вопросы по схеме, существует стандарт IEEE, который вы, вероятно, сможете найти с помощью поиска в Google:

Графические символы для электрических и электронных схем , Стандарт IEEE 315-1975.

Определения направленного ответвителя

Давайте сначала рассмотрим некоторые определения с использованием S-параметров. Пусть порт 1 будет входным портом, порт 2 - «сквозным» портом, и давайте предположим, что мы говорим о волновом ответвителе вперед (порт 3 - это связанный порт, а порт 4 - изолированный порт в нотации по часовой стрелке, спасибо Туомо за указание на несоответствие, январь 2013 г.! ) В идеале, питание на порт 1 будет появляться только на портах 2 и 3, при отсутствии питания на порту 4, но в реальных соединителях некоторые утечки питания на порт 4.Для падающего сигнала на порте 1 мощности P1 (и выходных мощностей P2, P3 и P4 на портах 2, 3 и 4) тогда:

Вносимая потеря (IL) = 10 * log (P1 / P2) = -20 * log (| S21 |)

Изоляция (I) = 10 * log (P1 / P4) = -20 * log (| S41 |)

Муфта (C) = 10 * log (P1 / P3) = -20 * log (| S31 |)

Направленность (D) = 10 * log (P3 / P4) = 20 * log (| S31 | / | S41 |)

Уравнения теперь согласуются с Pozar's Microwave Engineering , издание 2005 г., стр. 313.Возьмите копию со страницы нашей книги!

Обратите внимание, что эти числа должны быть положительными в дБ. Довольно часто инженеры по СВЧ представляют эти величины как отрицательные числа, это не большая ошибка, просто посмотрите на величину. Кроме того, если вы предпочитаете, чтобы мощность порта 1 была в знаменателе, вполне нормально переписать первые три уравнения следующим образом:

Вносимая потеря (IL) = -10 * log (P2 / P1)

Изоляция (I) = -10 * log (P4 / P1)

Муфта (C) = -10 * log (P3 / P1)

Если вы заметили, что знак минус обязателен.Действительно, верхний набор уравнений был специально написан для того, чтобы избавиться от этого знака минус!

Обратите внимание, что для направленности требуется два двухпортовых измерения S-параметров, для других величин требуется только одно. Направленность - это отношение изоляции к коэффициенту связи. В децибелах изоляция равна коэффициенту связи плюс направленность.

Ответвители парных

У этой темы есть отдельная страница.

Муфта для отверстий Бете

Bethe-hole - это волноводный направленный ответвитель, использующий одно отверстие и работающий в узкой полосе.Отверстие Бете - это обратный ответвитель, в отличие от большинства волноводных ответвителей, которые используют многоотверстие и являются прямыми ответвителями.

Название происходит от статьи, опубликованной HA Bethe под названием «Теория дифракции на малых отверстиях», опубликованной в Physical Review еще в 1942 году. к защите авторских прав. Это трудное чтение, если вы не любите размышлять над уравнениями ....

Муфта для нескольких отверстий

В волноводе, соединителе с двумя отверстиями, два волновода имеют общую широкую стенку.Отверстия расположены на расстоянии 1/4 волны друг от друга. В прямом случае связанные сигналы складываются, в обратном случае они вычитаются (на 180 раз) и исчезают. Коэффициент связи зависит от размера отверстия. «Отверстия» часто имеют Х-образную форму или, возможно, другую запатентованную форму. Можно обеспечить очень плоскую связь по всей полосе волновода, если вы знаете, что делаете (подумайте о Чебычеве ...)

Двунаправленное свойство

Любой направленный ответвитель является двунаправленным, то есть он одинаково хорошо работает, когда сигнал попадает на порт 2 и порт 1, но связанные и изолированные порты меняются местами.Все ответвители направления являются двунаправленными, , если вы не закроете один из портов . Рассмотрим ответвитель для парных линий, представленный ниже. Порт 4 - это связанный порт, когда сигнал поступает на порт 1, а порт 3 - это связанный порт, когда сигнал поступает на порт 2.

Двунаправленный ответвитель

Здесь у нас есть два соединителя, соединенные последовательно в противоположных направлениях, с изолированными портами с внутренней оконечной нагрузкой. Этот компонент является основой рефлектометра.Использование внутренних, хорошо подобранных нагрузок помогает устранить ошибки, связанные с плохим согласованием, которые могут присутствовать в реальных системах. Мы проанализируем это утверждение на днях. К сожалению, мы нарушили приведенное ниже правило записи по часовой стрелке!

Муфты гибридные

Гибридный ответвитель - это особый случай, когда желательно разделение на 3 дБ между сквозным трактом и связанным трактом. Существует два типа гибридных соединителей: соединители на 90 градусов (такие как Langes или ответвления) и гибриды на 180 градусов (такие как rat-race и magic tees).У нас есть отдельная страница по этой теме, нажмите здесь!

Рефлектометр

Это компонент, который позволяет вам измерять величины S-параметров с помощью анализатора цепей.

Вы можете построить рефлектометр, используя однонаправленный ответвитель для формирования рефлектометра и двух датчиков мощности, но это не рекомендуется (используйте двунаправленный ответвитель, который вы скрягаете!). Рефлектометр позволяет вычислить величину (и, возможно, фазу) неизвестный коэффициент отражения, который подается на один из портов.Например, предположим, что образец был помещен в порт 2, и он был возбужден сигналом в порту 1. Величина коэффициента отражения (S11 в S-параметрах) будет отношением мощности на порту 3 к мощности на порту 4, учитывая, что ответвитель является обратным.

Конечная направленность может вызвать ошибки в измерениях рефлектометрии, особенно если нагрузка плохо согласована. Направленность 40 дБ будет иметь очень маленькую ошибку, 20 дБ может быть неприемлемой точностью.

Эта тема заслуживает отдельной страницы Microwaves101, мы опубликуем ее в следующий раз, когда погрузимся в математику рефлектометрии....

Принцип работы направленного ответвителя

- Новости

Краткое введение

Направленный ответвитель - это разновидность микроволнового устройства, которое широко используется в микроволновых системах. Суть его в том, чтобы прижать СВЧ-сигнал к определенному направленному ответвителю.

Отношение выделяется к мощности.

Направленный ответвитель состоит из линий передачи. Коаксиальные кабели, прямоугольные волноводы, круглые волноводы, полосковые и микрополосковые линии могут составлять направленные ответвители.Следовательно, существуют разные виды направленных ответвителей и большие различия. Но по механизму соединения он делится на четыре основных типа, а именно: соединение с малым отверстием, параллельное соединение, соединение ответвления и согласование двойного t. Направленный ответвитель

В начале 1950-х годов микроволновое оборудование использовалось почти во всех металлических волноводных и коаксиальных схемах направленного ответвителя, в то время также для направленного ответвителя с волноводной апертурной связью, основанного на теории теории связи между отверстиями, Кон и Леви и др. также внесли большой вклад.

С развитием авиационной и аэрокосмической техники микроволновые схемы и системы должны быть миниатюрными, легкими и надежными, поэтому появляются полосковые и микрополосковые линии. Впоследствии для нужд микроволновых схем и систем были разработаны интегрированные микроволновые линии передачи, такие как ребристые линии, щелевые линии, копланарные волноводы и копланарные полосковые линии. Таким образом, появляются разнообразные направленные ответвители линий передачи.

Направленный ответвитель по первому значению реализован посредством H.В конструкции А. Уиллера в 1944 году энергия связи Уиллера используется пара длинной 1/4 длины волны центральной частоты цилиндра для реализации электрического поля и магнитного поля, жаль, что этот метод позволяет достичь октавной полосы пропускания.

Принцип работы

Мощность, передаваемая по главной линии, передается по разным причинам во вторичные линии, интерферируя друг с другом и передается только в одном направлении по вторичной линии.

Три типовые структуры связи прямоугольного волноводного направленного ответвителя.A - это соединение с двумя отверстиями на расстоянии 1/4 управляемой длины волны. B соединен двойными последовательными линиями ответвления с шагом и длиной, равными 1/4 ведущей длины волны. C - непрерывная связь двух мод распространения TE и Te в области трещины. Если взять две структуры a и B в качестве примера, входной сигнал из порта 1 соединяется с вторичной линией после двухсторонней связи, а выходное направление равно фазе в направлении порта в четвертое направление, а выходной сигнал - в направление движения.В третьем направлении существует разница в длине хода между 1/2 и ведущей длиной волны, которая уравновешивается и изолирована.

Две типичные соединительные структуры микрополосковых направленных ответвителей. A - это соединение двойной параллельной линии ответвления с расстоянием и длиной, равными 1/4 длины волны волновода, а B - непрерывное соединение двух структур в параллельной области. Взяв структуру B в качестве примера, входной сигнал из порта генерируется связью электрического поля на двух портах вторичной линии для генерации синфазного индуцированного напряжения, а связь магнитного поля создает индуцированное напряжение.Результаты добавляются в конец порта и имеют вывод, а третий компенсируется изоляцией и отсутствием вывода.

Кроме того, он также может быть направленным ответвителем для других линий передачи.

Характеристики сети

Направленный ответвитель можно рассматривать как четырехпортовую сеть, его характеристики можно выразить матрицей рассеяния [S], то есть формулой расчета

Коэффициент отражения SII (i = 1, 2, 3, 4) каждого порта очень мало (идеальное значение равно нулю), что указывает на соответствие портов.Значение коэффициента связи s13 = s31 = s24 = s42 определяется степенью связи конструкции, s14 = s41 = s23 = s32 - это коэффициент изоляции, а идеальное значение равно нулю.

Основными техническими показателями направленной связи являются связь C (DB), направленность D (DB) и рабочая полоса частот, а также матрица рассеяния c = -20lg | s14 | (DB) d = 20lg | s14 / s13 | (DB) идеальный направленный ответвитель - это формула.

Два выходных сигнала имеют разность фаз 90 градусов.

Однонаправленные ответвители с двумя или двойными ответвлениями работают в узком диапазоне.Если используется многосекционный направленный ответвитель (несколько каскадов с одним узлом) с пористой или многоотводной структурой связи, можно использовать комплексный метод проектирования для расширения рабочей полосы частот.

основной параметр

Основные параметры направленного ответвителя следующие:

1, прямые параметры: согласно матрице рассеяния известны S21.

2, параметры связи: по матрице рассеяния может быть охарактеризована как S31.

3, параметры изоляции: согласно матрице рассеяния известно S41.

4, параметры отражения: согласно матрице рассеяния известно S11.

CenRF Communications Limited
Add : 9F, Dongguan Building, Jiangnan Ave 4288, Binjiang District, Ханчжоу
Связаться : Алан Хуанг
Телефон: + 86-571-86631886
Факс: + 86-571-89930536
Мобильный: + 86- 18969122786
Эл. Почта: [email protected]

Что такое направленный ответвитель? Направленный ответвитель с двумя отверстиями - Параметры и применение направленного ответвителя

Определение : Направленный ответвитель - это пассивная сеть, которая используется для измерения микроволновой мощности , подаваемой на нагрузку.Это волновод с 4 портами, предназначенный для выборки микроволновой мощности.

Вкратце, направленные ответвители позволяют определять мощность, передаваемую нагрузке, исходя из мощности, фактически передаваемой источником.

На рисунке ниже представлена ​​конструкция направленного ответвителя:

Всякий раз, когда какой-либо передающий блок передает определенное количество мощности, тогда для правильного применения становится необходимым иметь представление о том, принимается ли полная мощность или это какое-то значение ниже или выше, чем первоначально переданная мощность.

Итак, для этого используются направленные ответвители.

Направленный ответвитель с двумя отверстиями

Направленный ответвитель с двумя отверстиями - это устройство, в котором два соединенных волновода имеют 2 отверстия между ними. Один волновод известен как основной волновод , а другой - как вспомогательный волновод .

На рисунке ниже представлен направленный ответвитель с двумя отверстиями, имеющий 4 порта:

Предположим, что микроволновый сигнал должен передаваться от порта 1 до 2.Как мы видим, здесь присутствуют 2 слота, а именно «a» и «b».

Итак, когда сигнал передается внутри основного волновода, то при прохождении через щель «а» часть энергии излучается во вспомогательный волновод. В то время как остальное продвигается к слоту «b».

Далее, часть волны, идущей к выходу, снова излучается к вспомогательному волноводу через второе отверстие.

Как время, когда волна, достигающая вспомогательного волновода, распространяется в прямом направлении (т.е.е., в сторону порта 4) и в обратном направлении (то есть в сторону порта 3), как показано на рисунке выше.

Волна, которая движется во вспомогательном волноводе к порту 4, будет синфазна с сигналом в основном волноводе и вызовет усиление сигнала. В то время как волна, идущая к порту 3, будет сдвинута по фазе на 180 ° с первоначально переданным сигналом.

Следовательно, сигнал на порте 3 из-за обоих слотов подавляет друг друга. Таким образом, порт 3 обычно называют изолированным портом.Порт 1 является входом, а порт 2 - выходным портом соответственно. В то время как порт 4 считается связанным портом.

Таким образом, мощность на 4 разных портах может быть указана как

P i = входная мощность

P o = выходная мощность

P b = обратная мощность

P f = мощность прямого соединения

Идеальное состояние направленного ответвителя требует, чтобы обратная мощность P b была равна 0.Таким образом, входная мощность равномерно распределяется между портами 2 и 4.

Параметры ответвителя

Четыре основных параметра, которые измеряют производительность любого направленного ответвителя, следующие:

  • Коэффициент связи : Он определяет уровень связанной мощности от первоначально падающей мощности внутри волновода.

Таким образом, задается в виде отношения входной мощности к мощности прямого соединения.

Итак, коэффициент связи, обозначенный как C, задается как:

  • Направленность : Направленность ответвителя определяется на основе прямой и обратной мощности во вспомогательном волноводе.

Проще говоря, это отношение мощности, связанной в прямом направлении, к мощности в обратном направлении. Таким образом дается как:

  • Изоляция : Изоляция - это параметр, определяющий направленность ответвителя. Он определяется как отношение входной мощности в основном волноводе к обратной мощности во вспомогательном волноводе.

Таким образом определяется как:

  • Обратные потери : Для передачи сигнала обратные потери определяют фактически переданную мощность по отношению к принятой мощности в главном канале.

Обозначается буквой R и задается как:

Примечательно, что все параметры направленных ответвителей измеряются в дБ .

Матрица рассеяния ответвителя

В качестве направленных ответвителей используются 4-портовые устройства. Таким образом, обычно это дается как:

Все четыре порта направленного ответвителя идеально согласованы. Тем самым гарантируя, что никакая энергия не будет отражена обратно в порт.

Таким образом, диагональные элементы будут равны 0.

S 11 = S 22 = S 33 = S 44 = 0

По свойству симметричности,

Начиная с S ij = S ji

Следовательно,

S 12 = S 21 ; S 13 = S 31 ; S 14 = S 41

S 23 = S 32 ; S 24 = S 42 ; S 34 = S 43

Итак, матрица будет иметь вид:

В идеале порт 1, 3 и порт 2, 4 изолированы друг от друга.Итак,

S 13 = S 31 = 0

S 24 = S 42 = 0

По тождеству собственности

[S] [S *] = I

Далее,

Мощность переднего хода

S 12 = S 34 = P

В то время как объединенная мощность

S 14 905 10 = S 23 905 10 = Q

Таким образом, матрица рассеяния направленного ответвителя будет иметь вид:

Приложения

Он используется для измерения падающей и отраженной мощности наряду с измерением значений коэффициента стоячей волны напряжения.Он также обеспечивает путь сигнала к приемнику и используется для запуска однонаправленной волны.

Волоконно-направленный ответвитель

- обзор

6.1.1 Основные параметры волоконно-оптического направленного ответвителя

Простой волоконно-направленный ответвитель может быть изготовлен путем сплавления двух параллельных волокон вместе на кончике пламени. При правильном натяжении, приложенном в продольном направлении, диаметры обоих волокон уменьшаются в области сплавления, так что исчезающие волны в оболочке волокна усиливаются.Когда сердцевины двух волокон сведены вместе достаточно близко друг к другу в поперечном направлении, их исчезающие поля моды начинают перекрываться и интерферировать, и оптическая мощность может передаваться между двумя волокнами. Из-за природы помех коэффициент передачи мощности обычно может быть периодическим вдоль области связи, как показано на рис. 6.1.1.

Рис. 6.1.1. Иллюстрация направленного ответвителя из плавленого волокна. z - длина области соединения.

Направленные ответвители с оптоволоконными предохранителями легче изготовить по сравнению со многими другими оптическими устройствами, и их изготовление можно автоматизировать путем онлайн-мониторинга входной и выходной оптической мощности от различных портов. Поскольку интерференция между затухающими волнами двух волокон является когерентной и часто зависит от длины волны, коэффициент связи мощности соединителя из плавленых волокон обычно зависит от длины волны. Степень зависимости от длины волны можно до некоторой степени контролировать путем выбора длины соединения z , так что, изменяя процесс изготовления, то же производственное оборудование можно также использовать для изготовления оптических устройств с избирательной длиной волны, таких как оптические устройства с разделением по длине волны. мультиплексоры, демультиплексоры и перемежители каналов WDM.

Как показано на рис. 6.1.1, коэффициент разделения мощности оптического направленного ответвителя определяется как

(6.1.1) α = PcPt + Pc

Это соотношение между выходом противоположного волокна P c и общая выходная мощность, которая составляет P c + P t . В идеальном оптоволоконном соединителе без вносимых потерь полная выходная мощность равна входной мощности P s ; следовательно, α P c / P s .В практических волоконных ответвителях в области связи всегда присутствуют потери на поглощение и рассеяние, которые в сумме составляют избыточные потери, определяемые как

(6.1.2) η = Pc + PtPs

Это еще один важный параметр волоконного ответвителя, который это показатель качества устройства. В высококачественном оптоволоконном соединителе 2 × 2 избыточные потери обычно меньше долей дБ. С точки зрения приложения, вносимые потери оптоволоконного соединителя часто используются в качестве параметра конструкции системы.Вносимые потери определяются как потери передачи между входом и назначенным выходом:

(6.1.3) Tc, t = Pc, tPs

Вносимые потери фактически зависят как от коэффициента разделения, так и от избыточного потери в оптоволоконном соединителе, то есть T c = P c / P s = αη и T t = P t / P s = (1 - α ) η .В ответвителе на 3 дБ, хотя собственные потери из-за разделения мощности составляют 3 дБ, если избыточные потери составляют, например, 0,4 дБ, фактические вносимые потери должны составлять 3,4 дБ.

В практических волоконно-оптических соединителях из-за обратного рассеяния, вызванного дефектами в области плавления, могут быть оптические отражения обратно во входные порты. Направленность определяется как

(6.1.4) Dr = PretPs

, а отражение определяется как

(6.1.5) Rref = PrefPs

Для высококачественного оптоволоконного соединителя и направленность, и отражение обычно должны быть ниже - 55 дБ.

С точки зрения конструкции ответвителя коэффициент связи является периодической функцией длины области связи z (Saleh and Teich, 1991), как показано на рис. 6.1.1:

(6.1.6) α = F2sin2KFz − z0

, где F ≤ 1 - максимальное отношение связи, которое зависит от расстояния между двумя сердцевинами волокна и однородности диаметра сердцевины в области связи; z 0 - длина плавленой области волокна до растяжения; и K - параметр, определяющий периодичность передаточного отношения.Формула, основанная на опыте K , часто используется для проектирования ответвителя на основе стандартных одномодовых волокон (Hunsperger, 2009):

(6.1.7) K≈21λ5 / 2a7 / 2

, где a - радиус оболочки волокна в зоне плавленной связи, а λ - длина волны оптического сигнала. Поскольку радиус волокна уменьшается, когда волокно сплавлено и растянуто, параметр K является функцией z . Например, если радиус волокна перед растяжением равен a 0 , соотношение между a и z должно быть приблизительно a≈a02z0 / z.

На рис. 6.1.2 показан расчетный коэффициент расщепления α , основанный на уравнениях. (6.1.6) и (6.1.7), где z 0 = 6 мм, a 0 = 62,5 мкм, λ = 1550 нм и F = 1. Практически любой коэффициент расщепления можно получить, постепенно увеличивая длину участка плавленого волокна. Поэтому в процессе изготовления обычно используется in situ мониторинг степени расщепления. Это может быть выполнено простым запуском оптического сигнала P s на входном порту при измерении выходной мощности P t и P c во время процесса сплавления и растяжения .

Рис. 6.1.2. Расчетный коэффициент расщепления как функция длины плавленого участка: z 0 = 6 мм, a 0 = 62,5 мкм и λ = 1550 нм.

Ур. (6.1.6) и (6.1.7) также указывают на то, что для определенной длины плавленой секции z коэффициент расщепления также является функцией длины волны сигнала λ . Это означает, что коэффициент расщепления волоконного направленного ответвителя, как правило, зависит от длины волны.Конструкция широкополосного ответвителя из плавленого волокна является сложной задачей. Для коммерческого направленного оптоволоконного ответвителя на 3 дБ изменение коэффициента деления обычно составляет 0,5 дБ в C-диапазоне длины волны электросвязи (1530–1570 нм). На рис. 6.1.3A показан расчетный коэффициент разделения волоконного ответвителя на 3 дБ с теми же параметрами, что и на рис. 6.1.2, за исключением того, что длина плавленого участка была выбрана равной z = 12,59 мм. В этом случае изменение коэффициента расщепления в диапазоне длин волн 1530 и 1570 нм меньше ± 0.2 дБ.

Рис. 6.1.3. Расчетный коэффициент расщепления как функция длины волны при z 0 = 6 мм и a 0 = 62,5 мкм. Длина плавких секций составляет z = (A) 12,59 мм и (B) 21,5 мм.

С другой стороны, зависящий от длины волны коэффициент разделения мощности оптоволоконного соединителя можно использовать для создания мультиплексора или перемежителя WDM. На рис. 6.1.3B показан коэффициент расщепления в зависимости от длины волны для того же оптоволоконного соединителя, который использовался для рис.6.1.2. Но здесь длина плавленого участка была выбрана равной z = 21,5 мм, где P t / P s = 100% на длине волны 1550 нм, как видно из рис. 6.1. .2. Интересно, что в этом случае коэффициент связи для 1320 нм составляет P t / P s = 0%, что означает P c / P с = 100% на этой длине волны.Как показано на рис. 6.1.4, этот оптоволоконный соединитель можно использовать в качестве мультиплексора для объединения оптических сигналов с длинами волн 1550 и 1320 нм или в качестве демультиплексора для разделения составляющих с длинами волн 1550 и 1320 нм из входящего оптического сигнала. По сравнению с использованием независимых от длины волны ответвителей 2 × 2, это мультиплексирование и демультиплексирование с разделением по длине волны зависит только от избыточных потерь в ответвителе, но не страдает от собственных потерь на объединение и расщепление. Для проектирования и определения характеристик системы зависимость коэффициента деления мощности от длины волны и избыточных потерь в волоконно-направленных ответвителях критична для многих приложений; следовательно, эти параметры необходимо тщательно измерить перед использованием в системах.

Рис. 6.1.4. Оптоволоконный соединитель, зависящий от длины волны, используемый как (A) мультиплексор и (B) демультиплексор для оптических сигналов на длинах волн 1320 и 1550 нм.

Направленный ответвитель - обзор

Путь прохождения сигнала

Несмотря на множество вариаций, рисунок 21.9 иллюстрирует типичную блок-схему современного адресуемого STT. RF от кабеля входит вверху слева. Направленный ответвитель DC1 или какое-либо другое устройство часто используется для получения некоторой мощности в нисходящем направлении, чтобы подавать сигналы на приемник данных, если используются внеполосные (OOB) данные.Кроме того, если используется обратный РЧ-тракт для услуги с оплатой за импульс, он будет подключен к кабелю через DC1.

Рисунок 21.9. Современный адресный STT.

За DC1 следует фильтр нижних частот FL1, используемый в основном для удаления любой энергии, превышающей наивысшую частоту, которую может настраивать аппаратная приставка, чтобы уменьшить шумоподавление и утечку гетеродина в распределительную установку. Аттенюатор AT1 выполняет операцию АРУ с задержкой. При более низких уровнях сигнала AT1 находится в точке минимального затухания, что позволяет приставке демонстрировать наилучший коэффициент шума, который она может.Когда уровни сигнала превышают определенный порог, затухание AT1 увеличивается, чтобы защитить усилитель и следующий за ним смеситель от перегрузки. В главе 8 описана функция АРУ с задержкой.

От AT1 сигнал проходит на широкополосный предусилитель A1, который в значительной степени задает коэффициент шума преобразователя. В смесителе M1 сигнал преобразуется с повышением частоты до первой промежуточной частоты. Для терминалов, которые настраиваются не выше 550 МГц, общая промежуточная частота составляет 608–614 МГц. Это будет канал 37 вне эфира, но никакие телевизионные станции в Северной Америке не закреплены за этим каналом, который зарезервирован для радиоастрономии.Таким образом, производитель может предполагать малую вероятность захвата сигнала из эфира. Для терминалов, которые настраиваются на более высокие частоты, использовалось несколько промежуточных частот в районе 1000 МГц.

Преобразование с повышением частоты выполняется путем смешивания входящих сигналов с гетеродином LO1, гетеродином верхнего плеча. Использование гетеродина верхнего плеча приводит к инвертированию спектра сигнала на первой ПЧ (см. Главу 9). Частота гетеродина изменяется для настройки на нужный канал.Контур фазовой автоподстройки частоты используется для обеспечения того, чтобы гетеродин оставался настроенным на правильную частоту.

После фильтрации в FL2 сигнал преобразуется с понижением частоты либо в нормальную ПЧ (несущая изображения NTSC 45,75 МГц), либо в канал 3 или 4, если преобразователь является терминалом только для радиочастот (сегодня это редко). Второй гетеродин, LO2, может иметь фиксированную частоту, может иметь ограниченный диапазон настройки или может управляться схемой автоматической точной настройки (AFT), как показано здесь. Только что описанные функции обычно составляют тюнер в телевизионном ведущем терминале.

Затем сигнал встречает AT2, который выполняет восстановление синхронизации для систем скремблирования с подавлением RF-синхронизации, как описано ранее в этой главе. Это переключаемый аттенюатор, который обычно обеспечивает ослабление на 6 или 10 дБ во время активного видео и отключается во время интервалов гашения по горизонтали и вертикали. Работа дескремблера описана в разделе 21.3.1.

После восстановления подавления синхронизации на IF (для обычных систем подавления RF-синхронизации) сигнал подается на демодуляторы видео и звука.Один демодулятор восстанавливает видео и аудио из цифрового сигнала. На этом этапе с видео было удалено подавление синхронизации, но если видео инвертировано, это все равно необходимо исправить. Схема видеоинверсии справляется с этой задачей. Как и в случае дескремблирования с подавлением синхронизации, восстановленного в AT2, инверсия видео управляется схемой контроллера в зависимости от используемой системы скремблирования. Более подробно восстановление цифровых программ рассматривается далее в этой главе.

Большинство современных STT имеют экранное меню (OSD), которое используется для указания настроенного канала, времени, программной службы на этом канале и других функций.При заказе событий оплаты обычно используется экранное меню. Становится популярным включение электронных программ передач в телевизионные приставки, и экранное меню также будет использоваться для этого.

Аналоговый звук обычно демодулируется только до композитного стереосигнала BTSC, как описано в главе 8. Можно включить декодер BTSC. Регулировка громкости осуществляется на аттенюаторе AT3, который работает с композитным стереосигналом BTSC. Это не дает действительно точного механизма регулировки громкости, поскольку вы не можете сохранить удовлетворительное разделение стерео при изменении амплитуды композитного сигнала.Этот метод используется как компромисс для снижения стоимости. Поскольку крайне важно поддерживать правильное усиление для надлежащего восстановления стереозвука BTSC, большинство STT включают некоторые средства для нормализации настройки регулятора громкости, так что отклонение от установленной приставки равно отклонению от установленной приставки (единичное усиление). Этот параметр часто называют «лучшим стерео» или чем-то подобным. Это единственная настройка, при которой стерео можно восстановить с оптимальным разделением.

Регулировка громкости цифрового аудиосигнала NICAM (см. Главу 8) невозможна без его возврата в несжатый формат (цифровой или аналоговый).Эта операция обычно бывает дорогостоящей, и расходы значительно возрастают, если требуется восстановить сигнал NICAM для передачи его на телевизор. Поскольку громкость сигнала NICAM нельзя регулировать, он обычно разделяется в STT с помощью фильтра, очень похожего на тот, который используется для выделения аналогового звукового сигнала ПЧ. После обработки аналогового видео и звука и непосредственно перед модулятором RF сигнал NICAM рекомбинируется с аналоговым видео и аудио.

Принцип действия направленного ответвителя

В упрощенной модели мы опишем основы коаксиальных направленных ответвителей с одним контуром связи.Принцип такой же, как и для большинства других направленных ответвителей.

Коаксиальные направленные ответвители используют тот факт, что направление электрического поля (E-field) между внутренним и внешним проводниками одинаково для прямой и обратной волны. Однако магнитное поле (H-поле) с направлением вокруг внутреннего проводника коаксиальной линии имеет противоположное направление вращения для прямой и обратной волны. Мы проиллюстрируем это на примере направленного петлевого ответвителя, соответствующего рис.1.

Рис.1

Радиочастотная (ВЧ) мощность, протекающая от усилителя к нагрузке, вызывает радиальное электрическое поле от внутреннего проводника к внешнему проводнику (земле) и круговое магнитное поле между внутренним и внешним проводниками.

Небольшая часть электрического поля передается емкостным образом от внутреннего проводника к соединительной пластине контура связи. Это приводит к высокочастотному напряжению этой пластины относительно земли и высокочастотному току, который течет по электрически ведущим металлическим прокладкам в равной степени через два резистора 50 Ом на землю.Это напряжение, возникающее из-за емкостной связи прямой волны, одинаково на обоих портах и ​​положительно. Далее мы называем это напряжение + V cap .

Как уже упоминалось, прямая волна также создает круговое магнитное поле, которое является вертикальным и ориентированным по часовой стрелке в направлении распространения. Это магнитное поле расположено вокруг внутреннего проводника и ограничено внешним проводником. Небольшая часть этого магнитного поля проникает через петлю связи.Контур связи, состоящий из соединительной пластины, двух металлических прокладок, двух резисторов и заземления между резисторами, образует замкнутую цепь. Так называемый магнитный поток через контур связи индуцирует в этом замкнутом контуре ток I ind . Этот ток генерирует положительное напряжение + В ind на порте 1, протекающее через резистор на порте 1. После прохождения этого резистора индуцированный ток I ind течет по земле к резистору на порте 2.Направление этого тока через резистор на порте 2 противоположно току через резистор на порте 1. Это приводит к отрицательному напряжению - В ind на порте 2, прежде чем ток течет обратно на соединительную пластину.

Если с помощью соответствующей геометрии можно получить, что V cap и V ind равны по амплитуде и фазе, это приведет к удвоению напряжения на порту 1, добавив V cap и V ind, в то время как Добавление В cap и - V ind на порт 2 приведет к нулевому напряжению.В этом случае прямая волна связывает часть транспортируемой мощности с портом 1, в то время как ничто из этого не соединяется с портом 2.

Для обратной волны с тем же направлением E-поля, но противоположным направлением H-поля, наоборот. Здесь емкостная и индуктивная связь складываются в порт 2, в то время как они гасят друг друга на порте 1.

На порте 1 измеряется только пропорциональная часть прямой волны, а на порте 2 - только пропорциональная часть обратной волны. Таким образом, направленный ответвитель может отдельно измерять прямую и обратную волну.

На практике вы никогда не найдете идеальных условий, как только что описано. Если V cap и V ind не совсем равны, прямая волна также будет передавать небольшую часть прямой мощности на порт 2. Точно так же обратная волна соединит небольшую часть с портом 1.

Если, например, прямая волна передает одну тысячную передаваемой мощности на порт 1, направленный ответвитель имеет коэффициент связи –30 дБ. Рассмотрим далее пример, в котором на порте 2 измеряется –65 дБ (вместо идеального - бесконечность дБ) из-за небольшого разнесения между емкостной и индуктивной связью (даже при идеальном согласовании основной линии без обратной волны).В этом случае разница в развязке порта 1 и порта 2 составляет 35 дБ. Этот коэффициент называется направленностью направленного ответвителя, которая в этом примере составляет 35 дБ.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *