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 पावर मॉनिटरिंग, स्रोत आउटपुट पावर स्थिरीकरण, सिग्नल स्रोत अलगाव, ट्रांसमिशन और प्रतिबिंब आवृत्ति स्वीपिंग टेस्ट इत्यादि। यह एक दिशात्मक माइक्रोवेव पावर डिवाइडर है, और यह एक अनिवार्य घटक है आधुनिक स्वेप्ट-फ़्रीक्वेंसी रिफ्लेक्टोमीटर में। आमतौर पर, कई प्रकार होते हैं, जैसे वेवगाइड, समाक्षीय रेखा, 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 विभिन्न प्रकार के छोटे छिद्रों, स्लिटों और अंतरालों के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े होते हैं। इसलिए, मुख्य लाइन के अंत पर "1" से पावर इनपुट का हिस्सा माध्यमिक लाइन से जोड़ा जाएगा। तरंगों के हस्तक्षेप या अध्यारोपण के कारण, शक्ति केवल द्वितीयक रेखा के साथ संचारित होगी - एक दिशा (जिसे "आगे" कहा जाता है), और दूसरे एक क्रम में लगभग कोई शक्ति संचरण नहीं होता है (जिसे "रिवर्स" कहा जाता है)

चित्र 2 एक क्रॉस-डायरेक्शनल कपलर है, कपलर में एक पोर्ट एक अंतर्निहित मिलान लोड से जुड़ा है।

दिशात्मक युग्मक का अनुप्रयोग

1, विद्युत संश्लेषण प्रणाली के लिए
एक 3dB दिशात्मक युग्मक (आमतौर पर 3dB ब्रिज के रूप में जाना जाता है) का उपयोग आमतौर पर बहु-वाहक आवृत्ति संश्लेषण प्रणाली में किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। इस प्रकार का सर्किट इनडोर वितरित सिस्टम में आम है। दो पावर एम्पलीफायरों से सिग्नल एफ1 और एफ2 3डीबी दिशात्मक युग्मक से गुजरने के बाद, प्रत्येक चैनल के आउटपुट में दो आवृत्ति घटक एफ1 और एफ2 होते हैं, और 3डीबी प्रत्येक आवृत्ति घटक के आयाम को कम कर देता है। यदि आउटपुट टर्मिनलों में से एक अवशोषित भार से जुड़ा है, तो दूसरे आउटपुट को निष्क्रिय इंटरमॉड्यूलेशन माप प्रणाली के पावर स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यदि आपको अलगाव में और सुधार करने की आवश्यकता है, तो आप फ़िल्टर और आइसोलेटर्स 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 विद्युत संयोजन प्रणाली एक में किया जाता है।
शक्ति संयोजन के एक अन्य अनुप्रयोग के रूप में दिशात्मक गली क्षेत्र को नीचे चित्र (ए) में दिखाया गया है। इस सर्किट में, दिशात्मक युग्मक की दिशा को चतुराई से लागू किया गया है। यह मानते हुए कि दोनों युग्मकों की युग्मन डिग्री 10dB है और दिशा 25dB है, f1 और f2 सिरों के बीच अलगाव 45dB है। यदि f1 और f2 दोनों के इनपुट 0dBm हैं, तो संयुक्त आउटपुट -10dBm दोनों है। नीचे दिए गए चित्र (बी) में विल्किंसन कपलर की तुलना में (इसका विशिष्ट अलगाव मूल्य 20 डीबी है), ओडीबीएम का समान इनपुट सिग्नल, संश्लेषण के बाद, -3 डीबीएम है (प्रविष्टि हानि पर विचार किए बिना)। अंतर-नमूना स्थिति की तुलना में, हम चित्र (ए) में इनपुट सिग्नल को 7dB तक बढ़ाते हैं ताकि इसका आउटपुट चित्र (बी) के अनुरूप हो। इस समय, चित्र (ए) में एफ1 और एफ2 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 18dB अधिक है। यह योजना दस एम्पलीफायरों के इंटरमॉड्यूलेशन माप के लिए उपयुक्त है।

विद्युत संयोजन प्रणाली 2 में एक दिशात्मक युग्मक का उपयोग 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 दिखाया गया सर्किट अक्सर देखा जा सकता है। मान लीजिए कि DUT (परीक्षणाधीन उपकरण या उपकरण) एक रिसीवर है। उस स्थिति में, एक आसन्न चैनल हस्तक्षेप संकेत को दिशात्मक युग्मक के युग्मन अंत के माध्यम से 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 दृश्य फोन के नकली आउटपुट को मापने के लिए एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग किया जा सकता है। बेशक, स्पेक्ट्रम विश्लेषक से पहले कुछ फ़िल्टर सर्किट जोड़े जाने चाहिए। चूँकि यह उदाहरण केवल दिशात्मक युग्मकों के अनुप्रयोग पर चर्चा करता है, फ़िल्टर सर्किट को छोड़ दिया गया है।

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

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

बेस स्टेशन माप के लिए दिशात्मक युग्मक का उपयोग किया जाता है।
लगभग सभी ट्रांसमीटर ऑनलाइन सैंपलिंग और मॉनिटरिंग के लिए इस पद्धति का उपयोग करते हैं, और शायद केवल यह विधि ही सामान्य कामकाजी परिस्थितियों में ट्रांसमीटर के प्रदर्शन परीक्षण की गारंटी दे सकती है। लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ट्रांसमीटर परीक्षण एक ही है, और विभिन्न परीक्षकों की अलग-अलग चिंताएँ हैं। उदाहरण के तौर पर डब्ल्यूसीडीएमए बेस स्टेशनों को लेते हुए, ऑपरेटरों को अपने कार्य आवृत्ति बैंड (2110 ~ 2170 मेगाहर्ट्ज) में संकेतकों पर ध्यान देना चाहिए, जैसे सिग्नल गुणवत्ता, इन-चैनल पावर, आसन्न चैनल पावर इत्यादि। इस आधार के तहत, निर्माता स्थापित करेंगे बेस स्टेशन का आउटपुट अंत ट्रांसमीटर की इन-बैंड कार्य स्थितियों की निगरानी करने और इसे किसी भी समय नियंत्रण केंद्र में भेजने के लिए एक नैरोबैंड (जैसे 2110 ~ 2170 मेगाहर्ट्ज) दिशात्मक युग्मक।
यदि यह रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम का नियामक है-सॉफ्ट बेस स्टेशन संकेतकों का परीक्षण करने के लिए रेडियो मॉनिटरिंग स्टेशन है, तो 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। फ़्रीक्वेंसी बैंड में कितना नकली विकिरण उत्पन्न होगा और अन्य बेस स्टेशनों के नियमित संचालन में हस्तक्षेप करेगा? रेडियो निगरानी स्टेशनों की एक चिंता। इस समय, सिग्नल सैंपलिंग के लिए समान बैंडविड्थ वाले एक दिशात्मक युग्मक की आवश्यकता होती है, लेकिन एक दिशात्मक युग्मक जो 9kHz ~ 12.75GHz को कवर कर सकता है, मौजूद नहीं लगता है। हम जानते हैं कि एक दिशात्मक युग्मक की युग्मन भुजा की लंबाई उसकी केंद्र आवृत्ति से संबंधित होती है। अल्ट्रा-वाइडबैंड डायरेक्शनल कपलर की बैंडविड्थ 5-6 ऑक्टेव बैंड प्राप्त कर सकती है, जैसे 0.5-18GHz, लेकिन 500MHz से नीचे के फ़्रीक्वेंसी बैंड को कवर नहीं किया जा सकता है।

4, ऑनलाइन बिजली माप
थ्रू-टाइप पावर माप प्रौद्योगिकी में, दिशात्मक युग्मक एक बहुत ही महत्वपूर्ण उपकरण है। निम्नलिखित चित्र एक विशिष्ट पास-थ्रू उच्च-शक्ति माप प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। परीक्षण के तहत एम्पलीफायर से आगे की शक्ति को दिशात्मक युग्मक के आगे के युग्मन अंत (टर्मिनल 3) द्वारा नमूना लिया जाता है और बिजली मीटर को भेजा जाता है। परावर्तित शक्ति का नमूना रिवर्स कपलिंग टर्मिनल (टर्मिनल 4) द्वारा लिया जाता है और बिजली मीटर को भेजा जाता है।
उच्च शक्ति माप के लिए एक 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 रिसाव शक्ति भी प्राप्त करता है, जो दिशात्मक युग्मक की दिशा के कारण होता है। परावर्तित ऊर्जा वह है जिसे परीक्षक मापने की उम्मीद करता है, और रिसाव शक्ति परावर्तित शक्ति माप में त्रुटियों का प्राथमिक स्रोत है। परावर्तित शक्ति और रिसाव शक्ति को रिवर्स कपलिंग सिरे (4 सिरे) पर लगाया जाता है और फिर बिजली मीटर में भेजा जाता है। चूँकि दोनों सिग्नलों के संचरण पथ भिन्न हैं, यह एक वेक्टर सुपरपोज़िशन है। यदि बिजली 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 अंत (अंत 1, ऊपर चित्र में नहीं दिखाया गया है) तक लीक हो जाएगी। फिर भी, आगे की ताकत की तुलना में इसका परिमाण न्यूनतम है, जो आगे की ताकत को मापता है। परिणामी त्रुटि को नजरअंदाज किया जा सकता है।

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