Para los ingenieros involucrados en el análisis de circuitos no RF o en el trabajo real de la placa de circuito y el escritorio, los principales parámetros de señal de interés para ellos son el voltaje y la corriente en puntos específicos del diseño.Estos parámetros se pueden medir utilizando un voltímetro, osciloscopio o resistencia de detección de corriente.
Por el contrario, los trabajadores de los campos de RF con y sin cable se centran en la potencia en vatios o milivatios (mW), o decibelios (dB) basados en 1 mW (dBm).medir la potencia de RF no es una tarea fácil ya que no hay tal cosa como un simple voltaje o corriente que interfiera con el punto de captación de la señal de transmisión de energíaPor el contrario, se deben utilizar transmisores y esquemas de señal únicos para evaluar los niveles de potencia de RF.
El acoplador direccional es uno de los métodos más comunes,que es un dispositivo pasivo que puede "recoger" señales de RF con un grado de acoplamiento especificado y proporcionar un alto aislamiento entre la señal y el puerto de muestreo.
Esta es una tecnología totalmente validada que nos permite entender el principio de funcionamiento de los acopladores direccionales.reducción a dispositivos con tecnología de montaje en micro superficie (SMT) adecuados para circuitos de baja potencia.
Principio de funcionamiento del acoplador direccional
El acoplador universal de cuatro puertos tiene una función de RF pasiva, que incluye un puerto de acoplamiento (hacia adelante) y un puerto de aislamiento (reverso o reflejo) (figura 1, figura superior).El acoplador direccional es una estructura de tres puertos que no requiere el uso de puertos aislados; Esta configuración se utiliza para aplicaciones que sólo requieren una sola salida de acoplamiento hacia adelante (direccional) (figura 1, figura siguiente).
La función de un acoplador direccional es realizar muestreo de potencia en la línea de transmisión de señal sin cambiar las características de la línea.Esto es algo similar al uso de un voltímetro de alta impedancia para evitar la adición de carga a la fuente de alimentación en la línea de prueba.
Con esta tecnología de acoplamiento direccional, se pueden utilizar detectores simples de bajo nivel o medidores de intensidad de campo y dispositivos de medición de potencia para medir la potencia de la señal.Una pequeña parte de la potencia de entrada fija será incidentada desde el puerto de entrada P1 al puerto de acoplamiento P3 con fines de mediciónLa potencia de entrada restante se transmite (denominada paso o salida) al puerto de transmisión P2.
Una ventaja importante de los acopladores direccionales son sus características de acoplamiento de potencia unidireccional.Cualquier potencia inesperada que ingrese al puerto de salida se acoplará al puerto de aislamiento terminal no utilizado P4 en lugar del puerto P3, pero esta situación no interferirá con el flujo direccional del acoplador direccional.
Figura 1: 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 P2Un acoplador direccional es un subdispositivo unidireccional de un acoplador bidireccional de cuatro puertos.
Estos parámetros de nivel superior se utilizan para especificar los acopladores direccionales:
Grado de acoplamiento: proporción de potencia de entrada (en P1) transmitida al puerto de acoplamiento (P3).
Direccionalidad: este parámetro representa la capacidad del acoplador para distinguir entre la propagación de onda hacia adelante y hacia atrás,que puede observarse desde el puerto de acoplamiento (P3) y el puerto de aislamiento (P4).
Aislamiento: la potencia suministrada a cargas no acopladas (P4).
Pérdida de inserción: se refiere a la atenuación de la potencia de entrada en el puerto de transmisión, incluido el componente de potencia desviado al puerto de acoplamiento y al puerto de aislamiento.
Pérdida de retorno: este parámetro representa la potencia reflejada al puerto P1 debido al desajuste de impedancia.
El uso de materiales avanzados puede reducir el volumen de los acopladores direccionales
Hay muchos métodos para construir acopladores direccionales. Desde una perspectiva histórica, los acopladores direccionales se han logrado a través de guías de onda o cables coaxiles,que aún son necesarias para aplicaciones de mayor potenciaSin embargo, los circuitos RF modernos de gama baja, como los de las estaciones base, requieren acopladores mucho más pequeños.Esto se puede lograr mediante el uso de líneas de tira o procesos de microrrugas en sustratos cerámicos de alta constante dieléctrica.
Microstrip line es una tecnología de línea de transmisión plana que utiliza una cinta conductiva aislada del plano de tierra por un sustrato dieléctrico.filtrosEn comparación con otras tecnologías de líneas de transmisión, las líneas de transmisión de alta precisión se utilizan para la fabricación de circuitos eléctricos de alta precisión.Los dispositivos pequeños construidos con tecnología de línea de microstrip son más ligerosEste tipo de dispositivo puede manejar una potencia de nivel medio de aproximadamente diez vatios.
El uso de materiales de alta K como sustratos puede acortar la longitud de onda de las señales de RF y reducir el tamaño general del dispositivo.que se conoce como "kappa" en materiales más formales.
Mediante la utilización de acopladores direccionales hechos de materiales de alta K y de alta precisión de Knowles de película delgada de la tecnología de proceso de microstrips, los diseñadores de RF pueden reducir el tamaño, el peso,y potencia (SWaP) de los circuitos de RF, manteniendo estrictas tolerancias de rendimiento.
Las ventajas y los efectos de estos materiales de alto contenido de carbono son muy significativos, como se muestra en la Figura 2: las constantes dieléctricas y las longitudes de onda correspondientes de tres materiales dieléctricos comunes (PTFE,Fr-4, y alumina) y tres sustratos personalizados desarrollados por Knowles (PG, CF y CG) a 25 gigahertz (GHz).mientras que la constante dieléctrica del material FR-4 es 4.8Por lo tanto, los dispositivos hechos de material CF tienen una longitud de onda acortada a 2/5 de los dispositivos de material FR-4, logrando una reducción significativa en el tamaño del dispositivo.