بالنسبة للمهندسين المشاركين في تحليل الدوائر غير RF أو عمل لوحة الدوائر الفعلية وعمل سطح المكتب ، فإن معايير الإشارة الرئيسية التي تهمهم هي الجهد والتيار في نقاط محددة في التصميم.يمكن قياس هذه المعلمات باستخدام مقياس فولت، أو أوسيلوسكوب، أو مقاومة استشعار التيار.
على النقيض من ذلك ، يركز العاملون في مجالات الترددات الراديوية السلكية واللاسلكية على الطاقة في واط أو مليواط (mW) ، أو ديسيبل (dB) على أساس 1 mW (dBm).قياس طاقة الترددات الراديوية ليست مهمة سهلة حيث لا يوجد شيء مثل الجهد أو التيار البسيط الذي يتداخل مع نقطة التقاط إشارة نقل الطاقةعلى العكس من ذلك، يجب استخدام أجهزة إرسال وإشارات فريدة لتقييم مستويات طاقة RF.
الارتباط التوجيهي هو واحدة من أكثر الطرق شيوعا،وهو جهاز سلبي يمكنه "التقاط" إشارات الراديو الراديوي بدرجة الارتباط المحددة وتوفير عزلة عالية بين الإشارة وميناء أخذ العينات.
هذه تكنولوجيا معتمدة بالكامل تسمح لنا بفهم مبدأ عمل المرفقات الاتجاهية ثم سنستكشف كيف يمكن للتقدم في المواد أن يدفع تطوير المرفقاتتقليصها إلى أجهزة تكنولوجيا التثبيت على السطح الصغيرة (SMT) مناسبة للدوائر ذات الطاقة المنخفضة.
مبدأ عمل القابض الاتجاهي
المرفق العالمي ذو الأربعة منافذ له وظيفة RF السلبية ، بما في ذلك منفذ الارتباط (إلى الأمام) ومنفذ العزلة (العكس أو الانعكاس) (الشكل 1 ، الشكل العلوي).الارتباط الاتجاهي هو هيكل ثلاثة موانئ لا يتطلب استخدام موانئ معزولةيتم استخدام هذا التكوين للتطبيقات التي تتطلب فقط مخرج واحد للاتصال الأمامي (التوجيهي) (الشكل 1 ، الشكل أدناه).
وظيفة الارتباط الاتجاهي هي إجراء عينة الطاقة في خط نقل الإشارة دون تغيير خصائص الخط.هذا يشبه إلى حد ما استخدام عازل فولت متر عالية لتجنب إضافة الحمل إلى مصدر الطاقة على خط الاختبار.
مع هذه التكنولوجيا الارتباط الاتجاهية، يمكن استخدام أجهزة كشف بسيطة منخفضة المستوى أو مقاييس قوة المجال وأجهزة قياس الطاقة لقياس قوة الإشارة.جزء صغير من قوة الدخول الثابتة سيتم إصدارها من منفذ الدخول P1 إلى منفذ الارتباط P3 لأغراض القياسيتم نقل الطاقة المدخلة المتبقية (المشار إليها باسم المرور أو الإخراج) إلى منفذ الإرسال P2.
إحدى المزايا الهامة للمقترحات الاتجاهية هي خصائص ربط الطاقة أحادية الاتجاه.سيتم ربط أي طاقة غير متوقعة تدخل إلى منفذ الإخراج إلى منفذ العزل النهائي غير المستخدم P4 بدلاً من منفذ P3، ولكن هذا الوضع لن يتداخل مع التدفق الاتجاهية للقطب الاتجاهية.
الشكل الأول: 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؛ المربع الاتجاهي هو جهاز فرعي أحادي الاتجاه من المربع ثنائي الاتجاه ذو أربعة منافذ. (مصدر الصورة: ويكيبيديا)
تستخدم هذه المعلمات من المستوى الأعلى لتحديد المفاصل الاتجاهية:
درجة الارتباط: نسبة قوة الدخول (في P1) المنقولة إلى منفذ الارتباط (P3).
التوجيه: تمثل هذه المعيار قدرة جهاز الارتباط على التمييز بين انتشار الموجات إلى الأمام والخلف.التي يمكن ملاحظتها من منفذ الارتباط (P3) و منفذ العزل (P4).
العزل: الطاقة المقدمة إلى الأحمال غير المربطة (P4).
فقدان الإدخال: يشير إلى انخفاض قوة الدخول في منفذ النقل ، بما في ذلك مكون الطاقة المنحرف إلى منفذ الارتباط ومفصلها.
خسارة العودة: تمثل هذه المعيار الطاقة المنعكسة مرة أخرى إلى منفذ P1 بسبب عدم تطابق المعوقة.
استخدام المواد المتقدمة يمكن أن يقلل من حجم المفاصل الاتجاهية
هناك العديد من الطرق لبناء المفاصل الاتجاهية. من منظور تاريخي، تم تحقيق المفاصل الاتجاهية من خلال الموجهات الموجية أو الكابلات المتكافئة،التي لا تزال ضرورية لتطبيقات طاقة أعلىومع ذلك، تتطلب دوائر RF الحديثة منخفضة الجودة، مثل تلك الموجودة في المحطات الأساسية، مقترحات أصغر بكثير.يمكن تحقيق ذلك باستخدام خطوط الشريط أو عمليات الشريط الصغير على الركائز السيراميكية عالية الكهرباء الثابتة.
خط الميكروستريب هو تقنية خط نقل مسطح تستخدم شريطًا موصلًا معزولًا عن الطائرة الأرضية بواسطة رصيف كهربائي. الأجهزة الكاملة ، مثل الهوائيات والربطاتالمرشحات، ومقسمات الطاقة ، تتكون من هياكل نمطية معدنية على الركيزة ولديها خصائص قياسية عالية الدقة.الأجهزة الصغيرة التي تم بناؤها باستخدام تقنية خط الشريط الصغير هي أخفهذا النوع من الأجهزة يمكنه التعامل مع طاقة متوسط المستوى تبلغ حوالي عشرة واط.
يمكن استخدام مواد عالية الكربون كمادة رصيدة لاقصر طول الموجة للإشارات الراديوية وتقليل الحجم الكلي للجهاز. يرجى ملاحظة أن الأدبيات الأكاديمية تستخدم أحيانًا الحروف الصغيرة "ك"،والذي يشار إليه بـ"كابا" في مواد أكثر رسمية.
من خلال استخدام مقترحات اتجاهية مصنوعة من مواد عالية K وتكنولوجيا المعالجة عالية الدقة من Knowles رقيقة فيلم ميكرو شريط،والطاقة (SWaP) من دوائر RF مع الحفاظ على تحملات أداء صارمة.
مزايا وتأثيرات هذه المواد الكربونية العالية كبيرة جدا، كما هو موضح في الشكل 2: الثوابت الكهربائية والأطوال الموجية المقابلة لثلاثة مواد الكهربائية الشائعة (PTFE،FR-4، والألومينا) وثلاث أسطوانات مخصصة طورتها Knowles (PG و CF و CG) عند 25 جيجا هرتز (GHz).بينما الثابتة الكهربائية للمواد FR-4 هي 4.8ولذلك، فإن الأجهزة المصنوعة من مادة CF لديها طول موجة أقصر إلى 2/5 من أجهزة مواد FR-4، وتحقيق انخفاض كبير في حجم الجهاز.