Engenharia de Microondas - Acopladores Direcionais

UMA Directional coupleré um dispositivo que faz a amostragem de uma pequena quantidade de potência de microondas para fins de medição. As medições de potência incluem potência incidente, potência refletida, valores VSWR, etc.

O acoplador direcional é uma junção de guia de onda de 4 portas que consiste em uma guia de onda principal primária e uma guia de onda auxiliar secundária. A figura a seguir mostra a imagem de um acoplador direcional.

O acoplador direcional é usado para acoplar a potência de microondas, que pode ser unidirecional ou bidirecional.

Propriedades de acopladores direcionais

As propriedades de um acoplador direcional ideal são as seguintes.

  • Todas as terminações são compatíveis com as portas.

  • Quando a energia viaja da Porta 1 para a Porta 2, parte dela é acoplada à Porta 4, mas não à Porta 3.

  • Como também é um acoplador bidirecional, quando a energia viaja da Porta 2 para a Porta 1, uma parte dela é acoplada à Porta 3, mas não à Porta 4.

  • Se houver energia incidente através da porta 3, uma parte dela será acoplada à porta 2, mas não à porta 1.

  • Se houver energia incidente através da porta 4, uma parte dela será acoplada à porta 1, mas não à porta 2.

  • As portas 1 e 3 estão desacopladas, assim como as portas 2 e 4.

Idealmente, a saída da porta 3 deve ser zero. No entanto, praticamente, uma pequena quantidade de energia chamadaback power é observado na Porta 3. A figura a seguir indica o fluxo de potência em um acoplador direcional.

Onde

  • $ P_i $ = energia do incidente na porta 1

  • $ P_r $ = energia recebida na porta 2

  • $ P_f $ = Força acoplada direta na Porta 4

  • $ P_b $ = energia traseira na porta 3

A seguir estão os parâmetros usados ​​para definir o desempenho de um acoplador direcional.

Fator de acoplamento (C)

O fator de acoplamento de um acoplador direcional é a relação entre a potência incidente e a potência direta, medida em dB.

$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$

Diretividade (D)

A diretividade de um acoplador direcional é a relação entre a potência direta e a potência posterior, medida em dB.

$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$

Isolamento

Ele define as propriedades diretivas de um acoplador direcional. É a relação entre a potência incidente e a potência de retorno, medida em dB.

$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$

Isolation in dB = Coupling factor + Directivity

Acoplador direcional de dois furos

Este é um acoplador direcional com os mesmos guias de ondas principais e auxiliares, mas com dois pequenos orifícios que são comuns entre eles. Esses orifícios estão separados por $ {\ lambda_g} / {4} $ distância, onde λg é o comprimento de onda de guia. A figura a seguir mostra a imagem de um acoplador direcional de dois furos.

Um acoplador direcional de dois orifícios é projetado para atender ao requisito ideal de acoplador direcional, que é evitar a alimentação de retorno. Parte da energia durante o trajeto entre a Porta 1 e a Porta 2 escapa pelos orifícios 1 e 2.

A magnitude da potência depende das dimensões dos orifícios. Esta potência de fuga em ambos os furos está em fase no furo 2, somando a potência que contribui para a potência diretaPf. No entanto, está fora de fase no buraco 1, cancelando um ao outro e evitando que ocorra a energia de retorno.

Conseqüentemente, a diretividade de um acoplador direcional melhora.

Waveguide Joints

Como um sistema de guia de ondas não pode ser construído sempre em uma única peça, às vezes é necessário unir guias de ondas diferentes. Essa junção deve ser feita com cuidado para evitar problemas como - Efeitos de reflexão, criação de ondas estacionárias e aumento da atenuação, etc.

As juntas do guia de ondas além de evitar irregularidades, também devem cuidar dos padrões dos campos E e H, não os afetando. Existem muitos tipos de juntas de guia de ondas, como flange aparafusada, junta de flange, junta de estrangulamento, etc.