Per gli ingegneri coinvolti nell'analisi dei circuiti non RF o nel lavoro effettivo con circuiti stampati e desktop, i principali parametri di segnale di interesse per loro sono la tensione e la corrente in punti specifici della progettazione.Questi parametri possono essere misurati utilizzando un voltmetro, un oscilloscopio o una resistenza di rilevamento di corrente.
Al contrario, i lavoratori nei campi RF cablati e wireless si concentrano sulla potenza in watt o milliwatt (mW), o decibel (dB) basati su 1 mW (dBm).misurare la potenza RF non è un compito facile in quanto non esiste una volta o una corrente semplice che interferisca con il punto di raccolta del segnale di trasmissione di potenzaAl contrario, devono essere utilizzati trasmettitori e schemi di segnale unici per valutare i livelli di potenza RF.
L'accoppiamento direzionale è uno dei metodi più comuni,che è un dispositivo passivo che può sia "raccogliere" segnali RF con un determinato grado di accoppiamento e fornire un elevato isolamento tra il segnale e la porta di campionamento.
Questa è una tecnologia completamente validata che ci permette di comprendere il principio di funzionamento degli accoppiatori direzionali.riducendoli a dispositivi con tecnologia di montaggio a micro superficie (SMT) adatti a circuiti a bassa potenza.
Principio di funzionamento dell'accoppiatore direzionale
L'accoppiatore universale a quattro porte ha una funzione RF passiva, compresa la porta di accoppiamento (in avanti) e la porta di isolamento (in retromarcia o riflesso) (figura 1, figura superiore).L'accoppiatore direzionale è una struttura a tre porte che non richiede l'uso di porte isolate; Questa configurazione è utilizzata per applicazioni che richiedono solo un'unica uscita di accoppiamento (direzionale) in avanti (figura 1, figura qui sotto).
La funzione di un accoppiatore direzionale è di effettuare il campionamento di potenza nella linea di trasmissione del segnale senza modificare le caratteristiche della linea.Questo è in qualche modo simile all'utilizzo di un voltmetro ad alta impedenza per evitare di aggiungere carico all'alimentazione elettrica sulla linea di prova.
Con questa tecnologia di accoppiamento direzionale, per misurare la potenza del segnale possono essere utilizzati semplici rivelatori a basso livello o contatori di intensità di campo e dispositivi di misurazione della potenza.Una piccola porzione della potenza di ingresso fissa sarà incidente dalla porta di ingresso P1 alla porta di accoppiamento P3 a fini di misurazioneLa potenza di ingresso rimanente viene trasmessa (indicata come passaggio o uscita) alla porta di trasmissione P2.
Un vantaggio importante degli accoppiatori direzionali è rappresentato dalle loro caratteristiche di accoppiamento di potenza unidirezionale;Qualsiasi potenza inaspettata che entri nella porta di uscita sarà accoppiata alla porta di isolamento terminale P4 non utilizzata anziché alla porta P3, ma questa situazione non interferirà con il flusso direzionale dell'accoppiatore direzionale.
Figura 1: A directional coupler is a three port passive RF functional device that can transfer some of the incident power on P1 to the coupling port P3 for measurement without affecting the main single path from input port P1 to transmission (output) port P2Un accoppiatore direzionale è un sotto dispositivo unidirezionale di un accoppiatore bidirezionale a quattro porte.
Questi parametri di livello superiore sono utilizzati per specificare gli accoppiamenti direzionali:
Grado di accoppiamento: percentuale di potenza di ingresso (a P1) trasmessa alla porta di accoppiamento (P3).
Direzionalità: questo parametro rappresenta la capacità dell'accoppiatore di distinguere tra la propagazione dell'onda in avanti e quella in indietro,che può essere osservato dalla porta di accoppiamento (P3) e dalla porta di isolamento (P4).
Isolamento: potenza fornita a carichi non accoppiati (P4).
Perdita di inserimento: si riferisce all'attenuazione della potenza di ingresso alla porta di trasmissione, compreso il componente di potenza deviato alla porta di accoppiamento e alla porta di isolamento.
Perdita di ritorno: questo parametro rappresenta la potenza riflessa alla porta P1 a causa della disadattamento dell'impedenza.
L'uso di materiali avanzati può ridurre il volume degli accoppiatori direzionali
Esistono molti metodi per costruire accoppiamenti direzionali.che sono ancora necessari per applicazioni ad alta potenzaTuttavia, i moderni circuiti RF di fascia bassa, come quelli delle stazioni base, richiedono accoppiatori molto più piccoli.Questo può essere ottenuto utilizzando linee di strisce o processi di microstrisce su substrati ceramici ad alta costante dielettrica.
Microstrip line è una tecnologia di linea di trasmissione planare che utilizza una striscia conduttiva isolata dal piano di terra da un substrato dielettrico.filtri, e divisori di potenza, sono formati da strutture a modello metallizzato sul substrato e presentano caratteristiche dimensionali di alta precisione.i piccoli dispositivi costruiti con la tecnologia della linea a microstrip sono più leggeriQuesto tipo di dispositivo può gestire una potenza di livello medio di circa dieci watt.
L'uso di materiali ad alto contenuto di K come substrati può ridurre la lunghezza d'onda dei segnali RF e ridurre le dimensioni complessive del dispositivo.che viene indicato come "kappa" in materiali più formali.
Utilizzando accoppiatori direzionali realizzati con materiali ad alto contenuto di K e la tecnologia di Knowles per il processo di microstripto a film sottile ad alta precisione, i progettisti RF possono ridurre le dimensioni, il peso,e potenza (SWaP) dei circuiti RF mantenendo rigide tolleranze di prestazione.
I vantaggi e gli effetti di questi materiali ad alto contenuto di carbonio sono molto significativi, come illustrato nella figura 2: le costanti dielettriche e le corrispondenti lunghezze d'onda di tre materiali dielettrici comuni (PTFE,FR-4, e allumina) e tre substrati personalizzati sviluppati da Knowles (PG, CF e CG) a 25 gigahertz (GHz).mentre la costante dielettrica del materiale FR-4 è 4.8Pertanto, i dispositivi realizzati in materiale CF hanno una lunghezza d'onda ridotta a 2/5 dei dispositivi in materiale FR-4, ottenendo una riduzione significativa delle dimensioni del dispositivo.