RF Amplifier Coupling

PENDAHULUAN

Kopling transformer

Kopling Transformer adalah metode yang paling umum digunakan untuk penguat rf pasangan. Kopling Transformer memiliki banyak keuntungan lebih dari kopling RC untuk penguat rf, misalnya, kopling transformator menggunakan komponen lebih sedikit dari kopling kapasitif. Hal ini juga dapat menyediakan cara untuk meningkatkan keuntungan panggung dengan menggunakan sebuah transformator step-up untuk mendapatkan tegangan. Jika keuntungan saat diperlukan, sebuah transformator step-down dapat digunakan.

Anda juga harus ingat bahwa gulungan primer dan sekunder sebuah transformator adalah induktor. Dengan faktor-faktor dalam pikiran, sebuah penguat rf dapat dibangun seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2-15.

Gambar 2-15. - Transformer-coupled amplifier rf.

Dalam rangkaian ini, yang sekunder T1 dan kapasitor C1 membentuk sirkuit tuned yang merupakan input-sinyal-berkembang impedansi. Utama dari T2 dan kapasitor C2 adalah sirkuit disetel yang bertindak sebagai impedansi output

Q1. (Kedua T1 dan T2 harus transformator rf untuk beroperasi pada frekuensi rf.)

Sinyal input diterapkan pada primer T1 bisa berasal dari tahap sebelumnya atau dari beberapa perangkat input, seperti antena penerima. Dalam kedua kasus, perangkat input akan memiliki kapasitor terhubung di koil untuk membentuk rangkaian disetel. Dengan cara yang sama, T2 sekunder merupakan output dari sirkuit ini. Sebuah kapasitor dihubungkan melintasi

sekunder T2 akan membentuk jaringan LC paralel. Jaringan ini bisa bertindak sebagai impedansi input-sinyal-pengembangan untuk tahap berikutnya, atau jaringan dapat mewakili beberapa jenis perangkat output, seperti antena pemancar.

Rangkaian menantikan dibentuk oleh transformator dan kapasitor mungkin tidak memiliki bandwidth yang dibutuhkan untuk penguat. Dengan kata lain, bandwidth dari rangkaian tuned mungkin terlalu “sempit”untuk persyaratan penguat. (Sebagai contoh, rf amplifier yang digunakan dalam penerima televisi biasanya membutuhkan bandwidth 6 MHz.)

Salah satu cara untuk “memperluas” yang bandpass dari sirkuit disetel adalah dengan menggunakan resistor swamping. Hal ini mirip dengan penggunaan resistor swamping yang ditunjukkan dengan serangkaian kumparan memuncak dalam penguat video. Sebuah resistor swamping terhubung secara paralel dengan sirkuit akan menyebabkan tuned bandpass lebih luas.

Teknik lain yang digunakan untuk memperluas bandpass melibatkan jumlah kopling dalam transformator. Untuk transformator, istilah “kopling”mengacu pada jumlah energi yang ditransfer dari primer ke sekunder trafo. Hal ini tergantung pada jumlah baris fluks dari SD yang berpotongan, atau memotong, yang sekunder. Ketika garis-garis fluks lebih memotong, sekunder lebih banyak energi ditransfer.

Kopling terutama fungsi ruang antara gulungan primer dan sekunder. Sebuah transformator dapat digabungkan secara longgar (memiliki sedikit transfer energi), optimumly ditambah (jumlah yang tepat energi ditransfer), atau overcoupled (agar menunjuk bahwa garis-garis fluks dari gulungan primer dan sekunder saling mengganggu).

Gambar 2-16, (lihat A) (lihat B) (tampilan C), menunjukkan efek kopling pada respon frekuensi ketika paralel LC sirkuit yang dibuat dari gulungan primer dan sekunder transformator.

Gambar 2-16a. - Pengaruh kopling pada Frekuensi respon. Loose Coupling

Gambar 2-16B. - Pengaruh kopling pada Frekuensi respon. OPTIMUM Coupling

Gambar 2-16C. - Pengaruh kopling pada Frekuensi respon. OVER-Coupling

Dalam pandangan (A) transformator adalah longgar digabungkan; kurva respons Frekuensi menunjukkan bandwidth sempit. Dalam pandangan (B) telah kopling transformator yang optimal; bandwidth lebih lebar dan kurva relatif datar. Dalam pandangan (C) transformator adalah overcoupled; kurva respons Frekuensi menunjukkan bandpass luas, tapi kurva “dips” di tengah menunjukkan bahwa frekuensi ini tidak dikembangkan serta yang lain dalam bandwidth.

Kopling optimum biasanya akan memberikan bandpass diperlukan untuk jaringan frekuensi-menentukan (dan karena itu penguat rf). Untuk beberapa penggunaan, seperti amplifier rf di penerima televisi, bandpass tersedia dari kopling optimal tidak cukup lebar. Dalam kasus ini, sebuah resistor swamping (sebagaimana disebutkan sebelumnya) akan digunakan dengan kopling optimal untuk memperluas bandpass tersebut.

DIRECTIONAL COUPLER

Power pembagi dan couplers arah adalah alat pasif yang digunakan dalam bidang teknologi radio. Mereka beberapa bagian dari daya transmisi dalam saluran transmisi dengan jumlah yang dikenal melalui port lain, sering kali dengan menggunakan dua jalur transmisi ditetapkan cukup dekat bersama bahwa seperti energi melewati satu digabungkan dengan yang lain.

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 1, coupler memiliki empat port: masukan, ditransmisikan, ditambah, dan terisolasi. Istilah “jalur utama” mengacu pada bagian antara 1 dan 2 port. Pada beberapa couplers arah, jalur utama dirancang untuk operasi daya tinggi (konektor besar), sedangkan port ditambah mungkin menggunakan konektor SMA kecil. Seringkali port terisolasi diakhiri dengan beban cocok internal atau eksternal (biasanya 50 ohm). Perlu diketahui bahwa sejak directional coupler adalah perangkat linear, notasi pada Gambar 1 yang sewenang-wenang. port apapun dapat input, (seperti dalam Gambar 3) yang akan menghasilkan di pelabuhan langsung terhubung menjadi pelabuhan ditransmisikan, pelabuhan yang berdekatan digabungkan menjadi pelabuhan, dan pelabuhan diagonal menjadi pelabuhan terisolasi (untuk stripline dan couplers microstripline).

Pertimbangan fisik seperti beban internal pada port terisolasi akan membatasi operasi pelabuhan. Output digabungkan dari directional coupler dapat digunakan untuk memperoleh informasi (yaitu, frekuensi dan tingkat daya) pada sinyal tanpa mengganggu aliran listrik utama di sistem (kecuali untuk pengurangan daya - lihat Gambar 2). Ketika daya digabungkan ke port tiga adalah setengah daya input (yaitu 3 dB di bawah level daya input), daya pada saluran transmisi utama juga 3 dB di bawah daya input dan sama dengan daya digabungkan. Seperti coupler adalah disebut sebagai hibrida 90 derajat, hibrida, atau 3 dB coupler. Rentang frekuensi untuk couplers koaksial ditetapkan oleh produsen adalah bahwa pada lengan kopling. Tanggapan lengan utama adalah jauh lebih luas (yaitu jika spec adalah 2-4 GHz, lengan utama bisa beroperasi pada 1 atau 5 GHZ - lihat Gambar 3). Namun harus diakui bahwa respon digabungkan adalah periodik dengan frekuensi. Misalnya, λ / 4 line coupler digabungkan akan memiliki tanggapan di nλ / 4 dimana n adalah integer ganjil.

Sifat umum yang diinginkan untuk semua couplers arah yang operasional bandwidth lebar, direktivitas tinggi, dan pencocokan impedansi yang baik di semua port ketika port lainnya yang diakhiri dalam beban cocok. Karakteristik kinerja ini dari arah couplers hibrida atau non-hibrida yang cukup jelas. Beberapa karakteristik umum lainnya akan dibahas di bawah ini.

Faktor Coupling

Faktor kopling didefinisikan sebagai:

dimana P1 adalah daya input pada port 1 dan P3 adalah daya keluaran dari pelabuhan digabungkan (lihat Gambar 1)

Faktor kopling merupakan properti utama dari directional coupler. Kopling tidak konstan, tetapi bervariasi dengan frekuensi. Sementara desain yang berbeda dapat mengurangi varians, sebuah coupler sempurna datar secara teoritis tidak dapat dibangun. couplers Directional ditetapkan dalam hal ketepatan kopling di pusat pita frekuensi. Misalnya, kopling 10 dB + / - 0,5 dB berarti bahwa directional coupler dapat memiliki 9,5 sampai 10,5 kopling dB dB pada pita frekuensi pusat. akurasi adalah karena toleransi dimensi yang dapat dilaksanakan untuk jarak dari dua jalur ditambah. Lain spesifikasi kopling sensitivitas frekuensi. Sebuah kepekaan frekuensi yang lebih besar akan memungkinkan sebuah band frekuensi yang lebih besar dari operasi. Beberapa bagian kopling seperempat panjang gelombang yang digunakan untuk memperoleh frekuensi lebar bandwidth couplers arah. Biasanya jenis directional coupler dirancang untuk rasio bandwidth frekuensi dan gelombang maksimum kopling dalam pita frekuensi. Sebagai contoh coupler desain khas 2:1 bandwidth frekuensi yang menghasilkan kopling 10 dB dengan a + / - 0,1 dB riak akan, dengan menggunakan spesifikasi akurasi sebelumnya, dikatakan memiliki 9,6 + / - 0,1 dB menjadi 10,4 + / - 0,1 dB kopling di seluruh rentang frekuensi.

KERUGIAN

Dalam directional coupler yang ideal, kehilangan jalur utama dari port 1 ke port 2 daya (P1 - P2) karena digabungkan ke port output digabungkan adalah:

Insersi rugi:

Kerugian directional coupler yang sebenarnya akan menjadi kombinasi kopling kerugian, kehilangan dielektrik, kehilangan konduktor, dan VSWR rugi. Tergantung pada rentang frekuensi, rugi kopling menjadi kurang signifikan di atas 15 dB dimana kopling kerugian lainnya merupakan mayoritas dari total kerugian. Sebuah grafik insertion loss, teoritis (dB) vs kopling (dB) untuk coupler dissipationless ditunjukkan pada Gambar 2.

ISOLASI

Isolasi dari directional coupler dapat didefinisikan sebagai perbedaan dalam tingkat sinyal dalam dB antara port input dan port terisolasi ketika dua port lainnya diakhiri oleh beban yang cocok, atau:

Isolasi:

Isolasi juga dapat didefinisikan antara dua port output. Dalam hal ini, salah satu port output digunakan sebagai input, yang lain dianggap sebagai port output sementara dua lainnya port (input dan terisolasi) yang diakhiri oleh beban yang cocok.

Akibatnya:

Isolasi antara masukan dan port terisolasi mungkin berbeda dari isolasi antara dua port output. Misalnya, isolasi antara port 1 dan 4 dapat 30 dB sementara isolasi antara port 2 dan 3 dapat berupa nilai yang berbeda seperti 25 dB. Jika kedua pengukuran isolasi tidak tersedia, mereka dapat dianggap sama. Jika tidak tersedia, perkiraan isolasi adalah kopling plus return loss (rasio gelombang berdiri). isolasi harus setinggi mungkin. Dalam couplers aktual port

terisolasi tidak pernah benar-benar terisolasi. Beberapa daya RF selalu akan hadir. couplers Pandu arah akan memiliki isolasi terbaik.

Jika isolasi tinggi, couplers terarah sangat baik untuk menggabungkan sinyal untuk memberi makan satu baris ke penerima untuk tes penerima dua-nada. Pada Gambar 3, satu sinyal masuk pelabuhan dan satu P3 P2 masuk pelabuhan, sedangkan kedua pelabuhan keluar P1. Sinyal dari pelabuhan ke port P1 P3 akan mengalami kerugian 10 dB, dan sinyal dari P2 port ke port P1 akan memiliki kehilangan 0,5 dB. Beban internal pada port terisolasi akan menghilang kerugian sinyal dari P2 P3 dan port. Jika isolator dalam Gambar 3 diabaikan, pengukuran isolasi (P2 port ke port P3) menentukan jumlah daya dari generator sinyal F2 yang akan disuntikkan ke generator sinyal F1. Seiring dengan peningkatan tingkat injeksi, dapat menyebabkan modulasi generator, sinyal F1 atau bahkan mengunci fase injeksi. Karena simetri dari directional coupler, injeksi sebaliknya akan terjadi dengan masalah modulasi yang sama kemungkinan F2 sinyal generator oleh F1. Oleh karena itu isolator digunakan dalam Gambar 3 untuk secara efektif meningkatkan isolasi (atau direktivitas) dari directional coupler. Akibatnya kerugian injeksi akan menjadi isolasi directional coupler ditambah isolasi isolator kebalikan dari itu.

Direktivitas

Direktivitas secara langsung berkaitan dengan isolasi. Ini didefinisikan sebagai:

Direktivitas:

di mana: P3 adalah daya keluaran dari pelabuhan dipadamkan dan P4 adalah <br>output daya dari pelabuhan terisolasi.

Direktivitas harus setinggi mungkin. Direktivitas ini sangat tinggi pada frekuensi desain dan fungsi frekuensi lebih sensitif karena tergantung pada pembatalan dua komponen gelombang. couplers Pandu arah akan memiliki direktivitas terbaik. Direktivitas tidak langsung terukur, dan dihitung dari selisih isolasi dan pengukuran kopling Hybrid Coupler

Hybrid Couplers

Sebuah dB 3, 90 ° coupler hibrida adalah perangkat empat-port yang digunakan baik untuk sama-sama membagi sebuah sinyal input dengan pergeseran fasa 90 ° resultan antara port output atau menggabungkan dua sinyal sekaligus mempertahankan isolasi tinggi antara port.

Figure 1

Konfigurasi dasar dari sebuah coupler hibrid ditunjukkan dalam Gambar 1 yang menggambarkan dua jalur transmisi cross-over lebih panjang dari panjang gelombang seperempat, sesuai dengan frekuensi pusat operasi. Ketika daya diperkenalkan di pelabuhan DI, setengah daya (3dB) mengalir ke port 0 ° dan setengah lainnya digabungkan (dalam arah yang berlawanan) ke port 90 °. Refleksi dari ketidaksesuaian dikirim kembali ke output port akan mengalir langsung ke port ISO atau membatalkan di masukan. Inilah sebabnya mengapa hibrida begitu banyak digunakan untuk membagi sinyal daya tinggi dalam aplikasi mana refleksi yang tidak diinginkan dengan mudah dapat merusak perangkat driver.

3 dB, 90 ° derajat hibrida juga tahu sebagai quadrature hibrida karena sinyal diterapkan pada masukan apapun, akan menghasilkan dua sinyal amplitudo sama yang kuadran (90 ° selain). Hal ini juga membuat tidak ada perbedaan yang port input karena hubungan di output tetap sama seperti perangkat ini adalah elektrik dan secara mekanis simetris. Konfigurasi ini menjamin tingkat tinggi isolasi antara dua port output dan dua port masukan tanpa interaksi yang tidak diinginkan di antara mereka.

3dB, 180 ° Ring Hybrid Couplers

180 ° hibrida couplers cincin adalah perangkat empat-port yang digunakan untuk baik sama split sinyal masukan atau penjumlahan dua sinyal gabungan. Manfaat tambahan pada

cincin hibrid adalah untuk bergantian memberikan sama-split tapi 180 derajat bergeser fase-sinyal output.

Konduktor cincin pusat adalah 1 ½ lingkar panjang gelombang (atau enam ¼ panjang gelombang) dan port masing-masing dipisahkan oleh 90 °. Konfigurasi ini menciptakan perangkat lossless dengan VSWR rendah, fase yang sangat baik &amp; keseimbangan amplitudo, isolasi hasil tinggi dan sesuai dengan impedansi output. Kerugian rendah, konstruksi maskapai juga membuat perangkat pilihan yang sempurna untuk mengkombinasikan daya tinggi sinyal campuran.

Gambar 2 menunjukkan konfigurasi empat port mungkin dan hubungan fase yang dihasilkan pada output dari perangkat. Sekali lagi, ini tidak membuat perbedaan yang port input karena perangkat elektrik dan secara mekanis simetris.

0° (in-phase) Power Combiner 0° (in-phase) Power Divider

 

 180° Power Combiner 180° Power Divider

Aplikasi Umum

Operator yang sering dihadapi dengan tantangan untuk menambahkan layanan generasi berikutnya ketika mencoba untuk menjaga biaya tetap rendah CAPX. Sebuah solusi ekonomis untuk masalah ini adalah dengan menggabungkan dua pemancar dengan coupler hibrida untuk berbagi satu antena, sehingga membebaskan antena lain untuk overlay. The hybrid coupler

menyediakan isolasi yang sangat baik antara kelompok penerima dan delay sangat kecil tidak berpengaruh pada kalibrasi penerima saat ini atau operasi.

Hybrid couplers juga dapat digunakan untuk membagi menara penguat sinyal dari atas ke penerima BTS (ingat ketidaksesuaian di sisi input tidak berpengaruh pada port output).

Untuk sistem distribusi di-Bangunan, hibrida berguna dalam melakukan input multiple carrier karena tingkat tinggi isolasi antara dua port output dan dua port masukan tanpa interaksi yang tidak diinginkan antara operator.

Kesimpulan

Keuntungan kopling transformer adalah kopling transformator menggunakan komponen lebih sedikit dari kopling kapasitif.

Untuk memperluas bandpass maka digunakan sebuah resistor swamping dengan kopling optimal.

Sifat umum yang diinginkan untuk semua couplers adalah operasional bandwidth lebar, direktivitas tinggi, dan pencocokan impedansi yang baik di semua port ketika port lainnya yang diakhiri dalam beban sesuai.

Kerugian directional coupler yang sebenarnya adalah kerugian kombinasi kopling, kehilangan dielektrik, kehilangan konduktor, dan rugi VSWR.

Isolasi dari directional coupler dapat didefinisikan sebagai perbedaan dalam tingkat sinyal dalam dB antara port input dan port terisolasi ketika dua port lainnya diakhiri oleh beban yang cocok.

Hybrid couplers juga dapat digunakan untuk membagi menara penguat sinyal dari atas ke penerima BTS.