Pour les ingénieurs impliqués dans l'analyse des circuits non RF ou dans le travail réel des circuits imprimés et des bureaux, les principaux paramètres de signal qui les intéressent sont la tension et le courant à des points spécifiques de la conception.Ces paramètres peuvent être mesurés à l'aide d'un voltmètre, d'un oscilloscope ou d'une résistance de détection de courant.
En revanche, les travailleurs dans les champs de RF câblés et sans fil se concentrent sur la puissance en watts ou en milliwatts (mW), ou en décibels (dB) basés sur 1 mW (dBm).mesurer la puissance RF n'est pas une tâche facile car il n'existe pas de tension ou de courant simple qui interfère avec le point de capture du signal de transmission de puissanceAu contraire, des émetteurs de signaux et des schémas uniques devraient être utilisés pour évaluer les niveaux de puissance RF.
L'accouplement directionnel est l'une des méthodes les plus courantes,qui est un dispositif passif qui peut à la fois "remplir" les signaux RF avec un degré d'accouplement spécifié et fournir un isolement élevé entre le signal et le port d'échantillonnage.
Il s'agit d'une technologie entièrement validée qui nous permet de comprendre le principe de fonctionnement des accouplements directionnels.les réduire à des dispositifs de technologie de micro-monture (SMT) adaptés aux circuits à faible puissance.
Principe de fonctionnement du coupleur directionnel
Le coupleur universel à quatre ports possède une fonction RF passive, comprenant un port d'accouplement (en avant) et un port d'isolation (en arrière ou en réflexion) (figure 1, figure supérieure).Le coupleur directionnel est une structure à trois ports qui ne nécessite pas l'utilisation de ports isolés; Cette configuration est utilisée pour les applications qui n'exigent qu'une seule sortie d'accouplement avant (directionnelle) (figure 1, figure ci-dessous).
La fonction d'un coupleur directionnel est d'effectuer l'échantillonnage de puissance dans la ligne de transmission du signal sans modifier les caractéristiques de la ligne.Ceci est quelque peu similaire à l'utilisation d'un voltmètre haute impédance pour éviter d'ajouter une charge à l'alimentation sur la ligne de test.
Grâce à cette technologie d'accouplement directionnel, des détecteurs simples de bas niveau ou des compteurs d'intensité de champ et des dispositifs de mesure de puissance peuvent être utilisés pour mesurer la puissance du signal.Une petite partie de la puissance d'entrée fixe sera incidentée du port d'entrée P1 au port d'accouplement P3 à des fins de mesureLa puissance d'entrée restante est transmise (appelée passe ou sortie) au port de transmission P2.
L'un des avantages importants des accouplements directionnels réside dans leurs caractéristiques d'accouplement de puissance unidirectionnelle.Toute alimentation inattendue entrant dans le port de sortie sera couplée au port d'isolement terminal P4 non utilisé au lieu du port P3, mais cette situation n'interfère pas avec le flux directionnel de l'accouplement directionnel.
Figure 1: A directional coupler is a three port passive RF functional device that can transfer some of the incident power on P1 to the coupling port P3 for measurement without affecting the main single path from input port P1 to transmission (output) port P2; Un coupleur directionnel est un sous-appareil unidirectionnel d'un coupleur bidirectionnel à quatre ports. (Source d'image: Wikipédia)
Ces paramètres de niveau supérieur sont utilisés pour spécifier les accouplements directionnels:
degré d'accouplement: proportion de la puissance d'entrée (à P1) transmise au port d'accouplement (P3).
Directionnalité: ce paramètre représente la capacité de l'accoupleur à distinguer la propagation d'onde avant et arrière,qui peut être observé depuis le port d'accouplement (P3) et le port d'isolement (P4).
Isolement: puissance fournie aux charges non couplées (P4).
Perte d'insertion: désigne l'atténuation de la puissance d'entrée au point de transmission, y compris le composant de puissance détourné vers le point d'accouplement et le point d'isolation.
Perte de retour: ce paramètre représente la puissance réfléchie vers le port P1 en raison d'un décalage d'impédance.
L'utilisation de matériaux avancés peut réduire le volume des accouplements directionnels
Il existe de nombreuses méthodes pour construire des accouplements directionnels.qui sont encore nécessaires pour des applications de plus grande puissanceCependant, les circuits RF modernes de bas de gamme, tels que ceux des stations de base, nécessitent des coupleurs beaucoup plus petits.Ceci peut être réalisé en utilisant des lignes de bande ou des procédés de microbande sur des substrats céramiques à haute constante diélectrique.
La ligne de microstrip est une technologie de ligne de transmission plane qui utilise une bande conductrice isolée du plan au sol par un substrat diélectrique.filtres, et les diviseurs de puissance, sont formés par des structures métallisées sur le substrat et présentent des caractéristiques dimensionnelles de haute précision.Les petits appareils construits à l'aide de la technologie des lignes de microstrip sont plus légersCe type d'appareil peut supporter une puissance moyenne d'environ dix watts.
L'utilisation de matériaux à haute teneur en K comme substrat peut raccourcir la longueur d'onde des signaux RF et réduire la taille globale de l'appareil.qui est appelé " kappa " dans les matériaux plus formels.
En utilisant des couples directionnels fabriqués à partir de matériaux à haute teneur en K et la technologie de traitement de micro-bandes à film mince de Knowles, les concepteurs RF peuvent réduire la taille, le poids,et puissance (SWaP) des circuits RF tout en maintenant des tolérances de performance strictes.
Les avantages et les effets de ces matériaux à haute teneur en calcium sont très importants, comme le montre la figure 2: les constantes diélectriques et les longueurs d'onde correspondantes de trois matériaux diélectriques courants (PTFE,FR-4Leur substrat CF a une constante diélectrique de 25 GHz.alors que la constante diélectrique du matériau FR-4 est de 4.8Par conséquent, les dispositifs fabriqués en matériau CF ont une longueur d'onde raccourcie à 2/5 des dispositifs en matériau FR-4, ce qui permet une réduction significative de la taille du dispositif.