w uproszczonym modelu opiszemy podstawy współosiowych łączników kierunkowych z jedną pętlą sprzęgającą. Zasada jest zasadniczo taka sama dla większości innych łączników kierunkowych.
współosiowe łączniki kierunkowe wykorzystują fakt, że kierunek pola elektrycznego (POLA E) między przewodnikiem wewnętrznym i zewnętrznym jest równy dla fali przedniej i odwrotnej. Jednak pole magnetyczne (pole H), z kierunkiem wokół wewnętrznego przewodnika linii współosiowej, ma przeciwny kierunek obrotu dla fali do przodu i do tyłu. Zilustrujemy to na łączniku pętli kierunkowej odpowiadającym rys. 1.
rys. 1
moc częstotliwości radiowej (rf) przepływająca ze wzmacniacza do obciążenia powoduje promieniowe pole elektryczne od wewnętrznego przewodu do zewnętrznego przewodu (masy) i okrągłe pole magnetyczne między wewnętrznym i zewnętrznym przewodem.
niewielka część pola elektrycznego łączy się pojemnościowo z przewodem wewnętrznym do płyty sprzęgającej pętli sprzęgającej. Prowadzi to do napięcia rf tej płyty względem masy i prądu rf, który przepływa przez elektrycznie prowadzące metalowe elementy dystansowe równo przez dwa rezystory 50 ohm do masy. To napięcie, które powstaje w wyniku sprzężenia pojemnościowego fali przedniej, jest równe na obu portach i dodatnie. Poniżej nazywamy to napięcie + Vcap .
jak już wspomniano, fala przednia generuje również okrągłe pole magnetyczne, które jest pionowe i zgodnie z ruchem wskazówek zegara zorientowane w kierunku propagacji. To pole magnetyczne znajduje się wokół wewnętrznego przewodnika i jest związane z zewnętrznym przewodnikiem. Niewielka część tego pola magnetycznego przenika przez pętlę sprzęgającą. Pętla sprzęgająca, składająca się z płyty sprzęgającej, dwóch metalowych przekładek, dwóch rezystorów i masy między rezystorami buduje obwód zamknięty. Tzw. strumień magnetyczny przez pętlę sprzęgającą indukuje prąd w tej zamkniętej pętli. Prąd ten generuje dodatnie napięcie + Wind na porcie 1, przepływające przez rezystor na porcie 1. Po przejściu tego rezystora, indukowany prąd Iiind przepływa wzdłuż ziemi do rezystora na porcie 2. Kierunek tego prÄ … du przez rezystor na porcie 2 jest przeciwny do prÄ … du przez rezystor na porcie 1. Prowadzi to do ujemnego napięcia-Wind na porcie 2, zanim prąd przepłynie z powrotem do płyty sprzęgającej.
jeśli można uzyskać przez odpowiednią geometrię, że Vcap i Vind są równe amplitudzie i fazie, spowoduje to dwukrotne napięcie na porcie 1, dodanie V cap I V ind, podczas gdy dodanie Vcap i-Vind na porcie 2 doprowadzi do zerowego napięcia. W tym przypadku fala przednia łączy część transportowanej energii z portem 1, podczas gdy nic z niej nie łączy się z portem 2.
dla fali odwrotnej o tym samym kierunku pola E, ale przeciwnym kierunku pola H jest odwrotnie. Tutaj sprzęgło pojemnościowe i indukcyjne dodaje się na porcie 2, podczas gdy gaszą się nawzajem na porcie 1.
na porcie 1 mierzy się tylko proporcjonalną część fali przedniej, a na porcie 2 tylko proporcjonalną część fali odwrotnej. W ten sposób łącznik Kierunkowy może oddzielnie mierzyć falę do przodu i do tyłu.
W praktyce nigdy nie znajdziesz idealnych warunków, jak właśnie opisano. Jeśli Vcap i Vind nie są dokładnie równe, fala przednia połączy niewielką część mocy do przodu z portem 2. Podobnie odwrotna fala połączy małą część z portem 1.
jeśli na przykład fala przednia łączy jedną tysięczną przenoszonej mocy do portu 1, łącznik Kierunkowy ma współczynnik sprzężenia wynoszący -30 db. Rozważ dalej przykład, gdzie mierzy się -65 dB na porcie 2 (zamiast idealnie – nieskończoność dB) z powodu niewielkiej różnorodności między sprzężeniem pojemnościowym i indukcyjnym (nawet przy idealnym dopasowaniu linii głównej bez fali odwrotnej). W tym przypadku Istnieje różnica w sprzężeniu portu 1 i portu 2 wynosząca 35 dB. Współczynnik ten nazywany jest kierunkowością łącznika kierunkowego, która w tym przykładzie wynosi 35 dB.
kierunkowość jest miarą tego, jak dobrze sprzężenie pojemnościowe i indukcyjne łącznika kierunkowego są dopasowane w amplitudzie i fazie. Zalecamy kierunkowość co najmniej 30 dB, lepiej 35 do 40 dB. Po naszych wyjaśnieniach na temat dwóch powyższych napięć Vcap i Vind, można sobie wyobrazić, że nie tylko geometria pętli sprzęgającej, ale także jakość i równość dwóch rezystorów 50 ohm mają silny wpływ na kierunkowość łącznika kierunkowego.
podsumowując, pokazaliśmy, jak działa łącznik kierunkowy, a konkretnie, w jaki sposób doskonały łącznik kierunkowy jest w stanie oddzielnie mierzyć falę do przodu i do tyłu. Dodatkowo zdefiniowaliśmy kierunkowość parametru łącznika kierunkowego i jego połączenie z geometrią niesymetryczną.