비 RF 회로 분석 또는 실제 회로 보드 및 데스크톱 작업에 참여하는 엔지니어에게는 그들에게 관심있는 주요 신호 매개 변수는 설계의 특정 지점에서의 전압과 전류입니다..이 매개 변수는 볼트 미터, 오실로스코프 또는 전류 감지 저항을 사용하여 측정 할 수 있습니다.
반면, 유선 및 무선 RF 분야에서 일하는 사람들은 1mW (dBm) 를 기준으로 와트 또는 밀리 와트 (mW) 또는 데시벨 (dB) 의 전력에 초점을 맞추고 있습니다.RF 전력을 측정하는 것은 단순한 전압이나 전류가 전력 전송 신호 수신 지점에 간섭할 수 없기 때문에 쉬운 작업이 아닙니다.반대로, 독특한 신호 송신기와 스키마는 RF 전력 수준을 평가하는 데 사용되어야합니다.
방향 결합기는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다.이것은 특정 결합 정도와 함께 RF 신호를 "취취"하고 신호와 샘플링 포트 사이의 높은 고립을 제공하는 수동 장치입니다..
이것은 완전히 검증된 기술로 방향 결합기의 작동 원리를 이해하게 해줍니다.저전력 회로에 적합한 마이크로 표면 장착 기술 (SMT) 장치로 줄이는 것.
방향 결합기의 작동 원리
유니버설 4번 포트 커플러에는 패시브 RF 기능이 있으며, 커플링 포트 (앞) 및 격리 포트 (후방 또는 반사) 를 포함한다 (그림 1, 상단 그림).방향 결합기는 고립 된 항구의 사용을 필요로하지 않는 세 개의 항구 구조입니다.; 이 구성은 단 하나의 전향 결합 (방향) 출력이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다 (그림 1, 아래 그림).
방향 결합기의 기능은 신호 전송 라인에서 라인 특성을 변경하지 않고 전력 샘플링을 수행하는 것입니다.이것은 테스트 라인에서 전원 공급에 부하를 추가 피하기 위해 높은 임피던스 볼트미터를 사용하는 것과 다소 유사합니다.
이러한 방향 결합 기술을 사용하면 간단한 낮은 수준의 탐지기 또는 필드 강도 측정기 및 전력 측정 장치를 사용하여 신호 전력을 측정 할 수 있습니다.고정 입력 전력의 작은 부분은 측정 목적을 위해 입력 포트 P1에서 결합 포트 P3에 발생됩니다.나머지 입력 전력은 전송 포트 P2로 전송됩니다.
방향 결합기의 중요한 장점 중 하나는 단방향 전력 결합 특성입니다. 단방향 전력 전송을 결합합니다.출력 포트에 입력되는 예상치 못한 전력은 포트 P3 대신 사용하지 않는 단말 고립 포트 P4에 연결됩니다., 그러나 이 상황은 방향 결합기의 방향 흐름에 간섭하지 않을 것입니다.
그림 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; 방향 결합기는 4포트 양방향 결합기의 일방적인 하위 장치이다. (사진 출처: 위키백과)
이 최상위 매개 변수는 방향 결합기를 지정하는 데 사용됩니다.
연결 정도: 연결 포트 (P3) 로 전송되는 입력 전력의 비율 (P1에서)
방향성: 이 매개 변수는 결합기의 전향 및 후향 파동 전파를 구별하는 능력을 나타냅니다.결합 포트 (P3) 와 격리 포트 (P4) 에서 관찰할 수 있는.
격리: 부착되지 않은 부하에 공급되는 전력 (P4).
삽입 손실: 연결 포트와 격리 포트로 전환 된 전력 구성 요소를 포함하여 전송 포트에서 입력 전력의 저하를 의미합니다.
반전 손실: 이 매개 변수는 임피던스 불일치로 인해 P1 포트에 반사되는 전력을 나타냅니다.
첨단 재료 사용 은 방향 결합기 의 부피 를 줄일 수 있다
방향 결합을 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 역사적인 관점에서 볼 때 방향 결합은 파도 선도 또는 동축 케이블을 통해 달성되었습니다.더 높은 전력 애플리케이션에 여전히 필요한그러나, 기본 스테이션의 경우와 같이 현대적인 저단 RF 회로에는 훨씬 작은 결합기가 필요합니다.이것은 고 다이렉트릭 상수 세라믹 기판에 스트립 라인이나 마이크로 스트립 프로세스를 사용하여 달성 할 수 있습니다..
마이크로 스트립 라인 (Microstrip line) 은 지표면으로부터 다이 일렉트릭 기판에 의해 분리된 전도성 스트립을 사용하는 평면적 전송 라인 기술이다. 안테나, 커플러와 같은 전체 장치,필터, 및 전력 분할 장치, 기판에 금속화 된 패턴 구조로 형성되며 고 정밀 차원 특성을 가지고 있습니다.마이크로 스트립 라인 기술을 사용하여 만들어진 작은 장치가 가볍습니다.이 유형의 장치는 약 10 와트의 중간 수준의 전력을 처리 할 수 있습니다.
고-K 물질을 기판으로 사용하면 RF 신호의 파장을 단축하고 장치의 전체 크기를 줄일 수 있습니다. 학술 문헌에서 때때로 소문자 'k'를 사용하는 것을 참고하십시오.좀 더 정식적인 재료에서는 '카파'라고 불립니다.
고-K 소재로 만든 방향 결합기를 이용하고 노울스의 고 정밀성 얇은 필름 마이크로 스트립 프로세스 기술을 이용함으로써 RF 디자이너들은엄격한 성능 허용을 유지하면서 RF 회로의 전력 (SWaP).
이 고 K 물질의 장점과 효과는 매우 중요합니다. 그림 2에서 보여준 것처럼,FR-4, 알루미나) 와 노울즈 (PG, CF, CG) 가 개발한 3개의 맞춤식 기판을 25 기가헤르츠 (GHz) 에서 사용한다. 그들의 CF 기판은 25,FR-4 물질의 변전수는 4입니다..8따라서 CF 재료로 만든 장치들은 FR-4 재료 장치의 2/5로 파장이 짧아져 장치 크기가 크게 감소합니다.