Ingeniería de microondas: acopladores direccionales

UN Directional coupleres un dispositivo que toma muestras de una pequeña cantidad de potencia de microondas con fines de medición. Las medidas de potencia incluyen la potencia incidente, la potencia reflejada, los valores de VSWR, etc.

El acoplador direccional es una unión de guía de ondas de 4 puertos que consta de una guía de ondas principal principal y una guía de ondas auxiliar secundaria. La siguiente figura muestra la imagen de un acoplador direccional.

El acoplador direccional se utiliza para acoplar la potencia de microondas que puede ser unidireccional o bidireccional.

Propiedades de los acopladores direccionales

Las propiedades de un acoplador direccional ideal son las siguientes.

• Todas las terminaciones se corresponden con los puertos.

• Cuando la energía viaja del puerto 1 al puerto 2, una parte se acopla al puerto 4 pero no al puerto 3.

• Como también es un acoplador bidireccional, cuando la energía viaja del puerto 2 al puerto 1, una parte se acopla al puerto 3 pero no al puerto 4.

• Si la energía pasa por el puerto 3, una parte se acopla al puerto 2, pero no al puerto 1.

• Si la energía incide a través del puerto 4, una parte se acopla al puerto 1, pero no al puerto 2.

• Los puertos 1 y 3 están desacoplados, al igual que los puertos 2 y 4.

Idealmente, la salida del puerto 3 debería ser cero. Sin embargo, prácticamente, una pequeña cantidad de energía llamadaback power se observa en el puerto 3. La siguiente figura indica el flujo de energía en un acoplador direccional.

Dónde

• $ P_i $ = Potencia incidente en el puerto 1

• $ P_r $ = Energía recibida en el puerto 2

• $ P_f $ = Potencia acoplada hacia adelante en el puerto 4

• $ P_b $ = Energía de respaldo en el puerto 3

A continuación se muestran los parámetros que se utilizan para definir el rendimiento de un acoplador direccional.

Factor de acoplamiento (C)

El factor de acoplamiento de un acoplador direccional es la relación entre la potencia incidente y la potencia directa, medida en dB.

$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$

Directividad (D)

La directividad de un acoplador direccional es la relación entre la potencia directa y la potencia trasera, medida en dB.

$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$

Aislamiento

Define las propiedades directivas de un acoplador direccional. Es la relación entre la potencia incidente y la potencia trasera, medida en dB.

$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$

Isolation in dB = Coupling factor + Directivity

Acoplador direccional de dos orificios

Este es un acoplador direccional con las mismas guías de ondas principal y auxiliar, pero con dos pequeños orificios que son comunes entre ellas. Estos agujeros están separados por una distancia de $ {\ lambda_g} / {4} $ donde λg es la longitud de onda de la guía. La siguiente figura muestra la imagen de un acoplador direccional de dos orificios.

Un acoplador direccional de dos orificios está diseñado para cumplir con el requisito ideal del acoplador direccional, que es evitar la contracorriente. Parte de la energía mientras viaja entre el puerto 1 y el puerto 2 se escapa a través de los orificios 1 y 2.

La magnitud de la potencia depende de las dimensiones de los agujeros. Esta potencia de fuga en ambos agujeros está en fase en el agujero 2, sumando la potencia que contribuye a la potencia de avance.P_f. Sin embargo, está desfasado en el hoyo 1, anulándose entre sí y evitando que se produzca la energía de retorno.

Por tanto, mejora la directividad de un acoplador direccional.

Juntas de guía de ondas

Como un sistema de guías de ondas no siempre se puede construir en una sola pieza, a veces es necesario unir diferentes guías de ondas. Esta unión debe realizarse con cuidado para evitar problemas tales como: efectos de reflexión, creación de ondas estacionarias y aumento de la atenuación, etc.

Las juntas de la guía de ondas además de evitar irregularidades, también deben cuidar los patrones de campo E y H no afectando a las mismas. Hay muchos tipos de juntas de guía de ondas, como bridas atornilladas, bridas, estranguladores, etc.