egyszerűsített modellben leírjuk a koaxiális irányított csatolók alapjait egy kapcsolóhurokkal. Az elv lényegében ugyanaz a legtöbb más iránycsatlakozó esetében.
a koaxiális irányított csatolók azt a tényt használják, hogy az elektromos mező (E-mező) iránya a belső és a külső vezető között megegyezik az előre és a hátra hullámmal. Azonban a mágneses mező (H-mező), amelynek iránya a koaxiális vonal belső vezetője körül van, ellentétes forgási irányt mutat az előre és a hátra hullám számára. Ezt példázzuk az ábra szerinti irányított hurokcsatlakozónál. 1.
ábra. 1
az erősítőtől a terheléshez áramló rádiófrekvenciás (rf) teljesítmény radiális elektromos mezőt eredményez a belső vezetőtől a külső vezetőig (föld), valamint egy kör alakú mágneses mezőt a belső és a külső vezető között.
az elektromos mező egy kis része kapacitív módon kapcsolódik a belső vezetőtől a kapcsolóhurok kapcsolólemezéhez. Ez ennek a lemeznek a földhöz viszonyított rf feszültségét és egy rf áramot eredményez, amely az elektromosan vezető fém távtartókon egyenletesen áramlik a két 50 ohmos ellenálláson keresztül a földhöz. Ez a feszültség, amely az elülső hullám kapacitív csatolása miatt keletkezik, mind a portokon, mind a pozitívon egyenlő. A következőkben ezt a feszültséget +Vcap-nak hívjuk.
mint már említettük, az előremenő hullám kör alakú mágneses teret is generál, amely függőleges és az óramutató járásával megegyező irányban a terjedés irányába irányul. Ez a mágneses mező a belső vezető körül helyezkedik el, és a külső vezető köti össze. Ennek a mágneses mezőnek egy kis része behatol a kapcsolóhurokba. A kapcsolólemezből, a két fém távtartóból, a két ellenállásból és az ellenállások közötti földből álló kapcsolóhurok zárt áramkört épít. Az úgynevezett mágneses fluxus a kapcsolóhurokon keresztül áramot indukál Iind ebben a zárt hurokban. Ez az áram pozitív feszültséget generál +Vind az 1. porton keresztül áramlik az ellenálláson az 1.porton. Ezen ellenállás áthaladása után az indukált Iind áram a föld mentén áramlik a 2.porton lévő ellenálláshoz. Ennek az áramnak az iránya a 2. porton lévő ellenálláson keresztül ellentétes az 1.porton lévő ellenálláson keresztüli árammal. Ez negatív feszültséghez vezet-Vind a 2. porton, mielőtt az áram visszatérne a kapcsolólemezre.
ha megfelelő geometriával meg lehet szerezni, hogy a Vcap és a Vind egyenlő amplitúdóban és fázisban, ez az 1.porton a feszültség kétszeresét eredményezi, hozzáadva a V cap és a V ind értéket, míg a Vcap és a –Vind hozzáadása a 2. porton nulla feszültséget eredményez. Ebben az esetben az előremenő hullám a szállított teljesítmény egy részét az 1.kikötőbe párosítja, míg semmi sem párosul a 2. kikötőbe.
az e-mezővel azonos irányú, de a H-mezővel ellentétes irányú fordított hullám esetében ez fordítva van. Itt a kapacitív és induktív Csatolás a 2. porton összeadódik, míg az 1.porton kioltják egymást.
az 1.porton az One csak az előremenő hullám arányos részét, a 2. porton pedig a fordított hullám arányos részét méri. Így az irányított csatoló külön-külön mérheti az előre és hátra hullámot.
a gyakorlatban soha nem talál ideális feltételeket az imént leírtak szerint. Ha a Vcap und Vind nem pontosan egyenlő, akkor az előremenő hullám az előremenő erő egy kis részét a 2. porthoz is csatlakoztatja. Hasonlóképpen a fordított hullám egy kis részt az 1.porthoz köt.
ha például az előremenő hullám a szállított teljesítmény ezredrészét párosítja az 1. portba, akkor az irányított csatoló kapcsolási tényezője -30 db. Tekintsünk tovább egy példát, ahol az egyik -65 dB – t mér a 2-es porton (ideális esetben az infinity dB helyett), mivel a kapacitív és az induktív csatolás között kicsi a különbség (még akkor is, ha a fővonal ideálisan illeszkedik fordított hullám nélkül). Ebben az esetben különbség van az 1.és a 2. port 35 dB-es csatolásában. Ezt a tényezőt egy irányított csatoló irányának nevezzük, amely ebben a példában 35 dB.
a directivity azt méri, hogy az irányított csatoló kapacitív és induktív csatolása mennyire illeszkedik az amplitúdóhoz és a fázishoz. Javasoljuk, hogy a directivity legalább 30 dB, jobb 35-40 dB. A fenti két vcap és Vind feszültséggel kapcsolatos magyarázataink után el lehet képzelni, hogy nemcsak a kapcsolóhurok geometriája, hanem a két 50 ohmos ellenállás minősége és egyenlősége is erősen befolyásolja az irányított csatoló irányát.
összefoglalva megmutattuk, hogyan működik egy irányított csatoló, és konkrétan, hogy egy tökéletes irányított csatoló képes külön-külön mérni az előre és hátra hullámot. Ezenkívül meghatároztuk az irányított csatoló paraméter-irányíthatóságát és kapcsolatát egy nem szimmetrikus geometriával.