em um modelo simplificado, descreveremos os fundamentos dos acopladores direcionais coaxiais com um loop de acoplamento. O princípio é essencialmente o mesmo para a maioria dos outros acopladores direcionais.
os acopladores direcionais coaxiais usam o fato de que a direção do campo elétrico (campo E) entre o condutor interno e externo é igual para a onda dianteira e reversa. No entanto, o campo magnético (campo H), com a direção ao redor do condutor interno da linha coaxial, tem uma direção de rotação oposta para a onda dianteira e reversa. Vamos exemplificar isso em um acoplador de loop direcional correspondente à Fig. 1.
Fig. 1
a potência de radiofrequência (rf) que flui do amplificador para a carga resulta em um campo elétrico radial do condutor interno para o condutor externo (terra) e um campo magnético circular entre o condutor interno e externo.
uma pequena parte do campo elétrico acopla-se capacitivamente do condutor interno à placa de acoplamento do laço de acoplamento. Isto conduz a uma tensão do rf desta placa contra a terra e a uma corrente do rf que flua sobre os espaçadores metálicos eletricamente principais ingualmente através dos dois resistores de 50 ohms à terra. Esta tensão que surge devido ao acoplamento capacitivo da onda dianteira é igual em ambas as portas e positiva. A seguir, chamamos essa tensão + Vcap.
como já mencionado, a onda dianteira também gera um campo magnético circular, que é vertical e no sentido horário orientado para a direção da propagação. Este campo magnético está localizado ao redor do condutor interno e é ligado pelo condutor externo. Uma pequena parte deste campo magnético penetra no laço de acoplamento. O laço de acoplamento, constituído pela placa de acoplamento, os dois espaçadores metálicos, os dois resistores e o solo entre os resistores está construindo um circuito fechado. O chamado fluxo magnético através do loop de acoplamento induz uma corrente Iind neste loop fechado. Esta corrente gera uma tensão positiva +Vind na porta 1, fluindo através do resistor na porta 1. Depois de passar este resistor, a corrente induzida Iind flui ao longo do solo até o resistor na porta 2. A direção desta corrente através do resistor na porta 2 é oposta à corrente através do resistor na porta 1. Isso leva a uma tensão negativa –Vind na porta 2, antes que a corrente volte para a placa de acoplamento.
se alguém puder obter por uma geometria apropriada, que Vcap e Vind são iguais em amplitude e fase, isso resultará em duas vezes a tensão na porta 1, Adicionando V cap E V ind, enquanto adicionar Vcap e –Vind na porta 2 levará a tensão zero. Neste caso, a onda para a frente acopla uma parte da energia transportada para a porta 1, enquanto nada dela se acopla à porta 2.
para a onda reversa com a mesma direção do campo E, mas a direção contrária do campo H é vice-versa. Aqui, o acoplamento capacitivo e indutivo adiciona na porta 2 enquanto eles se extinguem na porta 1.
na porta 1, mede-se apenas uma parte proporcional da onda dianteira e na porta 2 apenas uma parte proporcional da onda reversa. Assim, o acoplador direcional pode medir separadamente a onda dianteira e reversa.
na prática, você nunca encontrará condições ideais como acabamos de descrever. Se Vcap und Vind não são exatamente iguais, a onda para a frente irá acoplar uma pequena parte da potência para a frente para a porta 2 também. Da mesma forma, a onda reversa irá acoplar uma pequena parte à porta 1.
se, por exemplo, a onda dianteira acopla um milésimo da potência transportada para a porta 1, o acoplador direcional tem um fator de acoplamento de -30 db. Considere ainda um exemplo, onde se mede -65 dB na porta 2 (em vez de idealmente – infinity dB) por causa de uma pequena diversidade entre o acoplamento capacitivo e indutivo (mesmo com uma correspondência ideal da linha principal sem uma onda reversa). Nesse caso, há uma diferença no acoplamento da porta 1 e da porta 2 de 35 dB. Esse fator é chamado de diretividade de um acoplador direcional, que está neste exemplo 35 dB.
a diretividade é uma medida de quão bem o acoplamento capacitivo e indutivo de um acoplador direcional é combinado em amplitude e fase. Recomendamos uma diretividade de pelo menos 30 dB, melhor 35 a 40 dB. Após nossas explicações sobre as duas tensões Vcap e Vind acima, você pode imaginar que não apenas a geometria do loop de acoplamento, mas também a qualidade e igualdade dos dois resistores de 50 ohm, têm uma forte influência na diretividade do acoplador direcional.
para resumir, mostramos como funciona um acoplador direcional e, especificamente, como um acoplador direcional perfeito é capaz de medir a onda direta e reversa separadamente. Além disso, definimos a diretividade do parâmetro de um acoplador direcional e sua conexão com uma geometria não simétrica.