i en förenklad modell kommer vi att beskriva grunden för koaxiala riktningskopplare med en kopplingsslinga. Principen är i huvudsak densamma för de flesta andra riktningskopplare.
koaxiala riktningskopplare använder faktumet, att riktningen för det elektriska fältet (E-fältet) mellan inre och yttre ledaren är lika för framåt och omvänd våg. Emellertid har magnetfältet (H-fältet), med riktningen runt den inre ledaren av koaxiallinjen en motsatt rotationsriktning för framåt och omvänd våg. Vi kommer att exemplifiera detta vid en riktningsslingkopplare som motsvarar Fig. 1.
Fig. 1
radiofrekvenseffekten (rf) som strömmar från förstärkaren till lasten resulterar i ett radiellt elektriskt fält från den inre ledaren till den yttre ledaren (jord) och ett cirkulärt magnetfält mellan den inre och den yttre ledaren.
en liten del av det elektriska fältet kopplar kapacitivt från den inre ledaren till kopplingsplattan på kopplingsslingan. Detta leder till en rf-spänning på denna platta mot marken och en rf-ström som strömmar över de elektriskt ledande metallavstånden lika genom de två 50 ohm-motstånden till marken. Denna spänning som uppstår på grund av den kapacitiva kopplingen av framvågan är lika på båda portarna och positiv. I det följande kallar vi denna spänning +Vcap.
som redan nämnts genererar den främre vågen också ett cirkulärt magnetfält, som är vertikalt och medurs orienterat mot utbredningsriktningen. Detta magnetfält ligger runt den inre ledaren och är bunden av den yttre ledaren. En liten del av detta magnetfält tränger in i kopplingsslingan. Kopplingsslingan, som består av kopplingsplattan, de två metalliska distanserna, de två motstånden och marken mellan motstånden bygger en sluten krets. Det så kallade magnetiska flödet genom kopplingsslingan inducerar en ström Iind i denna slutna slinga. Denna ström genererar en positiv spänning +Vind vid port 1, som strömmar genom motståndet vid port 1. Efter att ha passerat detta motstånd strömmar den inducerade strömmen Iind längs marken till motståndet vid port 2. Riktningen för denna ström genom motståndet vid port 2 är motsatt strömmen genom motståndet vid port 1. Detta leder till en negativ spänning-Vind vid port 2, innan strömmen flyter tillbaka till kopplingsplattan.
om man kan få med en lämplig geometri, att Vcap och Vind är lika i amplitud och fas, detta kommer att resultera i två gånger spänningen på port 1, tillsats V cap och v ind, medan tillsats Vcap och –Vind på port 2 kommer att leda till noll spänning. I detta fall kopplar framvågan en del av den transporterade kraften till port 1 medan ingenting av det kopplar till port 2.
för omvänd våg med samma riktning för E-fältet men motsatt riktning för H-fältet är det vice versa. Här lägger den kapacitiva och induktiva kopplingen på port 2 medan de släcker varandra på port 1.
på port 1 mäter man endast en proportionell del av den främre Vågen och på port 2 endast en proportionell del av den omvända vågen. Således kan riktningskopplaren separat mäta fram-och bakåtvågen.
i praktiken hittar du aldrig idealiska förhållanden som just beskrivits. Om Vcap und Vind inte är exakt lika, kommer den främre vågen att koppla en liten del av den främre kraften till port 2 också. På samma sätt kommer den omvända vågen att koppla en liten del till port 1.
om till exempel framvågan kopplar en tusendel av den transporterade kraften till port 1, har riktningskopplingen en kopplingsfaktor på -30 db. Tänk vidare på ett exempel där man mäter -65 dB på port 2 (istället för idealiskt – infinity dB) på grund av en liten mångfald mellan kapacitiv och induktiv koppling (även med en idealisk matchning av huvudlinjen utan omvänd våg). I detta fall är det en skillnad i kopplingen av port 1 och port 2 på 35 dB. Denna faktor kallas riktningen för en riktningskopplare, som i detta exempel är 35 dB.
riktningen är ett mått på hur väl kapacitiv och induktiv koppling av en riktningskopplare matchas i amplitud och fas. Vi rekommenderar en riktning på minst 30 dB, bättre 35 till 40 dB. Efter våra förklaringar om de två spänningarna Vcap och Vind ovan kan du föreställa dig att inte bara geometrin hos kopplingsslingan utan också kvaliteten och jämlikheten hos de två 50 ohm-motstånden har ett starkt inflytande på riktningskopplingens riktning.
Sammanfattningsvis har vi visat hur en riktningskopplare fungerar och specifikt hur en perfekt riktningskopplare kan mäta fram-och bakåtvågen separat. Dessutom definierade vi parameterriktningen för en riktningskopplare och dess anslutning till en icke-symmetrisk geometri.