दिशात्मक युग्मक का कार्य सिद्धांत

दिशात्मक युग्मक माइक्रोवेव माप और अन्य माइक्रोवेव प्रणालियों में मानक माइक्रोवेव/मिलीमीटर तरंग घटक हैं। इनका उपयोग सिग्नल अलगाव, पृथक्करण और मिश्रण के लिए किया जा सकता है, जैसे कि पावर मॉनिटरिंग, स्रोत आउटपुट पावर स्थिरीकरण, सिग्नल स्रोत अलगाव, ट्रांसमिशन और रिफ्लेक्शन फ़्रीक्वेंसी स्वीपिंग टेस्ट, आदि। यह एक दिशात्मक माइक्रोवेव पावर डिवाइडर है, और यह आधुनिक स्वीप-फ़्रीक्वेंसी रिफ्लेक्टोमीटर में एक अपरिहार्य घटक है। आमतौर पर, कई प्रकार होते हैं, जैसे कि वेवगाइड, कोएक्सियल लाइन, स्ट्रिपलाइन और माइक्रोस्ट्रिप।

चित्र 1 संरचना का एक योजनाबद्ध आरेख है। इसमें मुख्य रूप से दो भाग शामिल हैं, मुख्य लाइन और सहायक लाइन, जो छोटे-छोटे छेदों, स्लिट्स और अंतरालों के विभिन्न रूपों के माध्यम से एक दूसरे से जुड़ी हुई हैं। इसलिए, मुख्य लाइन के अंत में "1" से पावर इनपुट का हिस्सा सेकेंडरी लाइन से जुड़ा होगा। तरंगों के हस्तक्षेप या सुपरपोजिशन के कारण, पावर केवल सेकेंडरी लाइन के साथ ही प्रसारित होगी- एक दिशा (जिसे "फॉरवर्ड" कहा जाता है), और दूसरी दिशा में लगभग कोई पावर ट्रांसमिशन नहीं होता है (जिसे "रिवर्स" कहा जाता है)

चित्र 2 एक क्रॉस-डायरेक्शनल कपलर है, कपलर का एक पोर्ट अंतर्निर्मित मैचिंग लोड से जुड़ा हुआ है।

दिशात्मक युग्मक का अनुप्रयोग

1, पावर संश्लेषण प्रणाली के लिए
3dB दिशात्मक युग्मक (जिसे आमतौर पर 3dB ब्रिज के रूप में जाना जाता है) का उपयोग आमतौर पर एक बहु-वाहक आवृत्ति संश्लेषण प्रणाली में किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। इस तरह का सर्किट इनडोर वितरित सिस्टम में आम है। दो पावर एम्पलीफायरों से सिग्नल f1 और f2 के 3dB दिशात्मक युग्मक से गुजरने के बाद, प्रत्येक चैनल के आउटपुट में दो आवृत्ति घटक f1 और f2 होते हैं, और 3dB प्रत्येक आवृत्ति घटक के आयाम को कम करता है। यदि आउटपुट टर्मिनलों में से एक को अवशोषित लोड से जोड़ा जाता है, तो दूसरे आउटपुट का उपयोग निष्क्रिय इंटरमॉड्यूलेशन माप प्रणाली के पावर स्रोत के रूप में किया जा सकता है। यदि आपको अलगाव को और बेहतर बनाने की आवश्यकता है, तो आप फ़िल्टर और आइसोलेटर जैसे कुछ घटक जोड़ सकते हैं। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए 3dB ब्रिज का अलगाव 33dB से अधिक हो सकता है।
 
दिशात्मक युग्मक का उपयोग शक्ति संयोजन प्रणाली एक में किया जाता है।
शक्ति संयोजन के एक अन्य अनुप्रयोग के रूप में दिशात्मक गली क्षेत्र नीचे चित्र (ए) में दिखाया गया है। इस सर्किट में, दिशात्मक युग्मक की दिशिकता को चतुराई से लागू किया गया है। यह मानते हुए कि दो युग्मकों की युग्मन डिग्री दोनों 10dB हैं और दिशिकता दोनों 25dB हैं, f1 और f2 छोरों के बीच अलगाव 45dB है। यदि f1 और f2 के इनपुट दोनों 0dBm हैं, तो संयुक्त आउटपुट दोनों -10dBm है। नीचे चित्र (बी) में विल्किंसन युग्मक (इसका विशिष्ट अलगाव मूल्य 20dB है) के साथ तुलना में, OdBm का एक ही इनपुट संकेत, संश्लेषण के बाद, -3dBm है (प्रविष्टि हानि पर विचार किए बिना)। अंतर-नमूना स्थिति की तुलना में, इस समय, चित्र (ए) में f1 और f2 के बीच अलगाव "घटता है" "38 डीबी है। अंतिम तुलना परिणाम यह है कि दिशात्मक युग्मक की शक्ति संश्लेषण विधि विल्किंसन युग्मक की तुलना में 18 डीबी अधिक है। यह योजना दस एम्पलीफायरों के इंटरमॉड्यूलेशन माप के लिए उपयुक्त है।

दिशात्मक युग्मक का उपयोग शक्ति संयोजन प्रणाली 2 में किया जाता है

2, रिसीवर विरोधी हस्तक्षेप माप या नकली माप के लिए उपयोग किया जाता है
आरएफ परीक्षण और माप प्रणाली में, नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए सर्किट को अक्सर देखा जा सकता है। मान लीजिए कि DUT (परीक्षण के तहत डिवाइस या उपकरण) एक रिसीवर है। उस स्थिति में, दिशात्मक युग्मक के युग्मन छोर के माध्यम से एक आसन्न चैनल हस्तक्षेप संकेत रिसीवर में इंजेक्ट किया जा सकता है। फिर दिशात्मक युग्मक के माध्यम से उनसे जुड़ा एक एकीकृत परीक्षक रिसीवर प्रतिरोध-हजार हस्तक्षेप प्रदर्शन का परीक्षण कर सकता है। यदि DUT एक सेलुलर फोन है, तो फोन के ट्रांसमीटर को दिशात्मक युग्मक के युग्मन छोर से जुड़े एक व्यापक परीक्षक द्वारा चालू किया जा सकता है। फिर एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग दृश्य फोन के नकली आउटपुट को मापने के लिए किया जा सकता है। बेशक, स्पेक्ट्रम विश्लेषक से पहले कुछ फ़िल्टर सर्किट जोड़े जाने चाहिए।

दिशात्मक युग्मक का उपयोग सेलुलर फोन के रिसीवर या नकली ऊंचाई के हस्तक्षेप-विरोधी माप के लिए किया जाता है।
इस परीक्षण सर्किट में, दिशात्मक युग्मक की दिशिकता बहुत महत्वपूर्ण है। थ्रू एंड से जुड़ा स्पेक्ट्रम विश्लेषक केवल DUT से संकेत प्राप्त करना चाहता है और युग्मन छोर से पासवर्ड प्राप्त नहीं करना चाहता है।

3, सिग्नल सैंपलिंग और मॉनिटरिंग के लिए
ट्रांसमीटर ऑनलाइन माप और निगरानी दिशात्मक युग्मकों के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले अनुप्रयोगों में से एक हो सकता है। निम्नलिखित आंकड़ा सेलुलर बेस स्टेशन माप के लिए दिशात्मक युग्मकों का एक विशिष्ट अनुप्रयोग है। मान लीजिए कि ट्रांसमीटर की आउटपुट पावर 43dBm (20W) है, दिशात्मक युग्मक का युग्मन। क्षमता 30dB है, सम्मिलन हानि (लाइन हानि प्लस युग्मन हानि) 0.15dB है। युग्मन छोर पर बेस स्टेशन परीक्षक को भेजा गया 13dBm (20mW) संकेत है, दिशात्मक युग्मक का प्रत्यक्ष आउटपुट 42.85dBm (19.3W) है, और रिसाव है पृथक पक्ष पर शक्ति एक भार द्वारा अवशोषित होती है।

दिशात्मक युग्मक का उपयोग बेस स्टेशन माप के लिए किया जाता है।
लगभग सभी ट्रांसमीटर ऑनलाइन सैंपलिंग और मॉनिटरिंग के लिए इस पद्धति का उपयोग करते हैं, और शायद केवल यह विधि सामान्य कामकाजी परिस्थितियों में ट्रांसमीटर के प्रदर्शन परीक्षण की गारंटी दे सकती है। लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक ही ट्रांसमीटर परीक्षण है, और विभिन्न परीक्षकों की अलग-अलग चिंताएँ हैं। WCDMA बेस स्टेशनों को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, ऑपरेटरों को अपने कामकाजी आवृत्ति बैंड (2110 ~ 2170 मेगाहर्ट्ज) में संकेतकों पर ध्यान देना चाहिए, जैसे सिग्नल की गुणवत्ता, इन-चैनल पावर, आसन्न चैनल पावर, आदि। इस आधार के तहत, निर्माता बेस स्टेशन के आउटपुट छोर पर स्थापित करेंगे। एक संकीर्ण बैंड (जैसे 2110 ~ 2170 मेगाहर्ट्ज) दिशात्मक युग्मक ट्रांसमीटर की इन-बैंड कामकाजी स्थितियों की निगरानी करने और इसे किसी भी समय नियंत्रण केंद्र को भेजने के लिए।
यदि यह रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम का नियामक है-सॉफ्ट बेस स्टेशन इंडिकेटर्स का परीक्षण करने के लिए रेडियो मॉनिटरिंग स्टेशन, इसका फोकस पूरी तरह से अलग है। रेडियो प्रबंधन विनिर्देश आवश्यकताओं के अनुसार, परीक्षण आवृत्ति रेंज 9kHz ~ 12.75GHz तक बढ़ा दी गई है, और परीक्षण किया गया बेस स्टेशन इतना व्यापक है। आवृत्ति बैंड में कितना नकली विकिरण उत्पन्न होगा और अन्य बेस स्टेशनों के नियमित संचालन में हस्तक्षेप करेगा? रेडियो मॉनिटरिंग स्टेशनों की चिंता। इस समय, सिग्नल सैंपलिंग के लिए समान बैंडविड्थ वाले एक दिशात्मक युग्मक की आवश्यकता होती है, लेकिन ऐसा दिशात्मक युग्मक जो 9kHz ~ 12.75GHz को कवर कर सकता है, मौजूद नहीं लगता है। हम जानते हैं कि एक दिशात्मक युग्मक के युग्मन हाथ की लंबाई इसकी केंद्र आवृत्ति से संबंधित होती है

4, ऑनलाइन बिजली माप
थ्रू-टाइप पावर मापन तकनीक में, दिशात्मक युग्मक एक बहुत ही महत्वपूर्ण उपकरण है। निम्नलिखित चित्र एक विशिष्ट पास-थ्रू उच्च-शक्ति मापन प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। परीक्षण के तहत एम्पलीफायर से आगे की शक्ति को दिशात्मक युग्मक के आगे के युग्मन छोर (टर्मिनल 3) द्वारा नमूना लिया जाता है और बिजली मीटर को भेजा जाता है। परावर्तित शक्ति को रिवर्स कपलिंग टर्मिनल (टर्मिनल 4) द्वारा नमूना लिया जाता है और बिजली मीटर को भेजा जाता है।
उच्च शक्ति माप के लिए दिशात्मक युग्मक का उपयोग किया जाता है।
कृपया ध्यान दें: लोड से परावर्तित शक्ति प्राप्त करने के अलावा, रिवर्स कपलिंग टर्मिनल (टर्मिनल 4) आगे की दिशा (टर्मिनल 1) से लीकेज पावर भी प्राप्त करता है, जो दिशात्मक युग्मक की प्रत्यक्षता के कारण होता है। परावर्तित ऊर्जा वह है जिसे परीक्षक मापने की उम्मीद करता है, और लीकेज पावर परावर्तित शक्ति माप में त्रुटियों का प्राथमिक स्रोत है। परावर्तित शक्ति और लीकेज पावर को रिवर्स कपलिंग एंड (4 एंड) पर आरोपित किया जाता है और फिर पावर मीटर को भेजा जाता है। चूंकि दो संकेतों के संचरण पथ अलग-अलग हैं, इसलिए यह एक वेक्टर सुपरपोजिशन है। यदि पावर मीटर में लीकेज पावर इनपुट की तुलना परावर्तित शक्ति से की जा सकती है, तो यह एक महत्वपूर्ण माप त्रुटि उत्पन्न करेगा।
बेशक, लोड (अंत 2) से परावर्तित शक्ति भी आगे के युग्मन छोर (अंत 1, ऊपर दिए गए चित्र में नहीं दिखाया गया है) में लीक हो जाएगी। फिर भी, इसका परिमाण आगे की शक्ति की तुलना में न्यूनतम है, जो आगे की ताकत को मापता है। परिणामी त्रुटि को अनदेखा किया जा सकता है।

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