Génie micro-ondes - Coupleurs directionnels

UNE Directional couplerest un appareil qui échantillonne une petite quantité de puissance micro-ondes à des fins de mesure. Les mesures de puissance incluent la puissance incidente, la puissance réfléchie, les valeurs VSWR, etc.

Le coupleur directionnel est une jonction de guide d'ondes à 4 ports composée d'un guide d'ondes principal principal et d'un guide d'ondes auxiliaire secondaire. La figure suivante montre l'image d'un coupleur directionnel.

Le coupleur directionnel est utilisé pour coupler la puissance hyperfréquence qui peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle.

Propriétés des coupleurs directionnels

Les propriétés d'un coupleur directionnel idéal sont les suivantes.

  • Toutes les terminaisons sont adaptées aux ports.

  • Lorsque l'alimentation se déplace du port 1 au port 2, une partie de celle-ci est couplée au port 4 mais pas au port 3.

  • Comme il s'agit également d'un coupleur bidirectionnel, lorsque la puissance passe du port 2 au port 1, une partie de celui-ci est couplée au port 3 mais pas au port 4.

  • Si l'alimentation est incidente via le port 3, une partie de celle-ci est couplée au port 2, mais pas au port 1.

  • Si l'alimentation est incidente via le port 4, une partie de celle-ci est couplée au port 1, mais pas au port 2.

  • Les ports 1 et 3 sont découplés, tout comme les ports 2 et 4.

Idéalement, la sortie du port 3 devrait être nulle. Cependant, pratiquement, une petite quantité de puissance appeléeback power est observée au port 3. La figure suivante indique le flux de puissance dans un coupleur directionnel.

  • $ P_i $ = Puissance incidente au port 1

  • $ P_r $ = Puissance reçue au port 2

  • $ P_f $ = Puissance couplée vers l'avant au port 4

  • $ P_b $ = alimentation de retour au port 3

Voici les paramètres utilisés pour définir les performances d'un coupleur directionnel.

Facteur de couplage (C)

Le facteur de couplage d'un coupleur directionnel est le rapport entre la puissance incidente et la puissance directe, mesurée en dB.

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

Directivité (D)

La directivité d'un coupleur directionnel est le rapport entre la puissance directe et la puissance arrière, mesurée en dB.

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

Isolement

Il définit les propriétés directive d'un coupleur directionnel. C'est le rapport entre la puissance incidente et la puissance de retour, mesurée en dB.

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

Isolation in dB = Coupling factor + Directivity

Coupleur directionnel à deux trous

Il s'agit d'un coupleur directionnel avec les mêmes guides d'ondes principaux et auxiliaires, mais avec deux petits trous communs entre eux. Ces trous sont distants de $ {\ lambda_g} / {4} $ où λg est la longueur d'onde guide. La figure suivante montre l'image d'un coupleur directionnel à deux trous.

Un coupleur directionnel à deux trous est conçu pour répondre à l'exigence idéale du coupleur directionnel, qui est d'éviter la puissance de retour. Une partie de la puissance en voyageant entre le port 1 et le port 2 s'échappe par les trous 1 et 2.

L'ampleur de la puissance dépend des dimensions des trous. Cette puissance de fuite aux deux trous est en phase au trou 2, ajoutant la puissance contribuant à la puissance directePf. Cependant, il est déphasé au trou 1, s'annulant mutuellement et empêchant le retour de puissance de se produire.

Par conséquent, la directivité d'un coupleur directionnel s'améliore.

Joints de guide d'ondes

Comme un système de guide d'ondes ne peut pas toujours être construit en une seule pièce, il est parfois nécessaire de joindre différents guides d'ondes. Cette jonction doit être effectuée avec soin pour éviter des problèmes tels que - Effets de réflexion, création d'ondes stationnaires et augmentation de l'atténuation, etc.

Les joints du guide d'ondes, en plus d'éviter les irrégularités, doivent également prendre en compte les modèles de champ E et H en ne les affectant pas. Il existe de nombreux types de joints de guide d'ondes tels que les brides boulonnées, les joints de bride, les joints de starter, etc.