Acoplador Direccional

Acoplador direccional

Divisores de potencia y acopladores direccionales

Divisores de potencia y acopladores direccionales son dispositivos pasivos usados en el campo de la radio tecnología. Estos dispositivos acoplan parte de la potencia transmitida a través de una línea de transmisión hacia otro puerto, a menudo usando dos líneas de transmisión dispuestas lo suficientemente cerca para que la energía que circula por una de las líneas se acople a la otra.

Función

La función básica del acoplador direccional consiste en obtener permanentemente una muestra de la señal de entrada, y por lo tanto de la señal de salida, pero con una potencia mucho menor. Esta potencia estará directamente relacionada con el valor del acoplamiento. Se utiliza también como un elemento fundamental para realizar medidas indirectas de grandes potencias, a través del puerto acoplado.

Para que se Utilizan

Los acopladores direccionales se utilizan para redistribuir señales, para proporcionar puntos de prueba (test point), para combinar señales, etc., incluso pueden formar parte de un amplificador.

Líneas de transmisión del acoplador

Un acoplador tiene 4 puertos: entrada, salida, acoplado y aislado. El término “línea principal” se refiere a la línea entre los puertos 1 y 2. En algunos acopladores direccionales, la línea principal está diseñada para operar en alta potencia (grandes conectores), mientras que el puerto acoplado puede usar un conector pequeño SMA. A menudo el puerto aislado está conectado a una carga adaptada, interna o externa (normalmente 50 ohms). Debería tenerse en cuenta que el acoplador direccional, al ser un dispositivo linear, la notación es arbitraria. Cualquier puerto puede ser la entrada, de este modo la salida seria el puerto al que está conectado directamente la entrada, el puerto acoplado seria el puerto adyacente al de entrada, y el aislado seria el puerto en diagonal.

El puerto acoplado es usado para obtener la información (por ejemplo frecuencia y nivel de potencia) de la señal sin interrumpir el flujo de principal en el sistema (a excepción de la reducción de potencia ). Cuando la potencia del puerto 3 es la mitad de la de entrada (por ejemplo 3 dB inferior a la entrada), la potencia en la línea de transmisión principal está también 3 dB por debajo de la de entrada y es igual a la potencia acoplada. Este tipo de acopladores son los llamados híbridos de 90 grados, híbridos o acopladores 3 dB.

Las propiedades comunes deseadas para todos los acopladores direccionales son un ancho de banda amplio, alta directividad y una buena impedancia de adaptación en todos los puertos cuando los otros puertos están conectados a cargas adaptadas.

Estas características de los acopladores direccionales híbridos y no híbridos se explican por sí mismas. Otras características generales serán discutidas a continuación.

Factor de acoplamiento

El factor de acoplamiento es definido como:

Donde P1 es la potencia de entrada en el puerto 1 y P3 es la potencia de salida en el puerto acoplado.

El factor de acoplamiento representa la propiedad primaria de un acoplador direccional. El acoplamiento no es constante, varia con la frecuencia. Mientras que varios diseños pueden reducir esta variación, es imposible construir un acoplador perfecto sin ninguna variación a la frecuencia. Los acopladores direccionales son especificados en términos de exactitud en la frecuencia central de la banda de operación. Por ejemplo un acoplamiento de 10 dB +/-0.5 dB significa que el acoplador direccional puede tener un acoplamiento de 9.5 dB a 10.5 dB en la frecuencia central de la banda. La precisión es debida a las tolerancias dimensionales en la separación entre las dos líneas acopladas.

Otra especificación es la sensibilidad a la frecuencia. Una mayor sensibilidad a la frecuencia permitirá una banda de frecuencias operativa más ancha. Se usan múltiples secciones de acoplamiento de un cuarto de longitud de onda para obtener un mayor ancho de banda de frecuencia. Normalmente este tipo de acoplador direccional es diseñado para una relación de ancho de banda de frecuencia y para un máximo de ondulación de acoplamiento dentro de la banda de frecuencias. Por ejemplo, un típico diseño de acoplador con un ancho de banda de frecuencia de 2:1 que produce un acoplamiento de 10 dB con una ondulación de +/- 0.1 dB, utilizando la especificación previa de exactitud, tendría un acoplamiento de 9.6 +/- 0.1 dB hasta 10.4 +/- 0.1 dB a lo largo del rango de frecuencias.

Pérdidas

En un acoplador direccional, las pérdidas de la línea principal desde el puerto 1 al puerto 2 (P1 – P2) se denominan pérdidas por inserción.

Pérdidas por inserción:

Gran parte de estas pérdidas son debidas a la potencia desviada hacia el puerto 3, estas pérdidas se denominan pérdidas por acoplamiento y se calculan:

Pérdidas por acoplamiento:

En un acoplador direccional ideal, las pérdidas por inserción y las pérdidas por acoplamiento son idénticas. En la práctica, las pérdidas por inserción serán una combinación de pérdidas de acoplamiento, pérdidas dieléctricas, pérdidas del conductor y pérdidas por ROE. Dependiendo del rango de frecuencias, las pérdidas por acoplamiento son menos significantes con un acoplamiento superior a 15 dB. En este caso las otras pérdidas constituyen la mayor parte del total de pérdidas. En la Figura 2 se muestra un gráfico con la relación teórica entre las pérdidas por inserción (dB) y el factor de acoplamiento (dB).

Aislamiento

El aislamiento de un acoplador direccional puede ser definido como la diferencia en niveles de señal, en dB, entre el puerto de entrada y el puerto aislado, estando los otros dos puertos conectados a cargas adaptadas, o:

Aislamiento:

El aislamiento también puede ser definido entre los dos puerto de salida. En este caso, uno de los puertos de salida es usado como entrada, mientras que el otro es considerado como puerto de salida. Los otros dos puertos (entrada y aislado) están conectados a cargas adaptadas.

Consecuentemente:

El aislamiento de los puertos de entrada y aislado puede ser diferente del aislamiento entre los dos puertos de salida. Por ejemplo el aislamiento entre los puertos 1 y 4 puede ser de 30 dB mientras que el aislamiento entre los puertos 2 y 3 puede tener un valor diferente, como por ejemplo 25 dB. Si ambas medidas de aislamiento no están disponibles, se puede asumir que son iguales. Si no están disponibles ninguna de las dos, se puede estimar el aislamiento por la suma del factor de acoplamiento más las pérdidas de retorno (ROE). El aislamiento debería ser lo más alto posible. En los acopladores actuales,

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