सरफेस माउंट डायरेक्शनल कप्लर्स का उपयोग करके आरएफ पावर मॉनिटरिंग उपकरण के आकार को कम करना

गैर आरएफ सर्किट विश्लेषण या वास्तविक सर्किट बोर्ड और डेस्कटॉप काम में शामिल इंजीनियरों के लिए, उनके लिए ब्याज के मुख्य संकेत मापदंड डिजाइन में विशिष्ट बिंदुओं पर वोल्टेज और वर्तमान हैं.इन मापदंडों को वोल्टमीटर, ऑसिलोस्कोप या वर्तमान संवेदन प्रतिरोधक का उपयोग करके मापा जा सकता है।

इसके विपरीत, वायर्ड और वायरलेस आरएफ क्षेत्रों में काम करने वाले लोग वाट या मिलीवाट (एमडब्ल्यू) या डेसिबल (डीबी) में 1 एमडब्ल्यू (डीबीएम) के आधार पर शक्ति पर ध्यान केंद्रित करते हैं।आरएफ शक्ति मापने के रूप में कोई ऐसी चीज नहीं है के रूप में एक सरल वोल्टेज या वर्तमान है कि शक्ति संचरण संकेत पिकअप बिंदु के साथ हस्तक्षेप होगा एक आसान काम नहीं हैइसके विपरीत, आरएफ शक्ति स्तरों का मूल्यांकन करने के लिए अद्वितीय सिग्नल ट्रांसमीटर और योजनाओं का उपयोग किया जाना चाहिए।

दिशात्मक युग्मन सबसे आम तरीकों में से एक है,जो एक निष्क्रिय उपकरण है जो एक निर्दिष्ट युग्मन डिग्री के साथ आरएफ संकेतों को "पकड़" सकता है और संकेत और नमूनाकरण पोर्ट के बीच उच्च अलगाव प्रदान कर सकता है.

यह एक पूरी तरह से मान्य तकनीक है जो हमें दिशात्मक युग्मों के कामकाजी सिद्धांत को समझने की अनुमति देती है। फिर, हम यह पता लगाएंगे कि सामग्री में प्रगति युग्मों के विकास को कैसे प्रेरित कर सकती है।उन्हें कम शक्ति वाले सर्किट के लिए उपयुक्त सूक्ष्म सतह माउंट प्रौद्योगिकी (एसएमटी) उपकरणों तक कम करना.

दिशात्मक युग्मक का कार्य सिद्धांत
सार्वभौमिक चार बंदरगाह युग्मक में निष्क्रिय आरएफ फ़ंक्शन है, जिसमें युग्मन बंदरगाह (आगे) और अलगाव (बदली या प्रतिबिंब) बंदरगाह (चित्र 1, शीर्ष चित्र) शामिल हैं।दिशात्मक युग्मक एक तीन बंदरगाह संरचना है जो अलग बंदरगाहों के उपयोग की आवश्यकता नहीं है; इस विन्यास का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जिनमें केवल एक एकल अग्रिम युग्मन (दिशात्मक) आउटपुट की आवश्यकता होती है (चित्र 1, नीचे चित्र) ।

दिशात्मक युग्मक का कार्य सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन में लाइन की विशेषताओं को बदले बिना पावर सैंपलिंग करना है।यह परीक्षण लाइन पर बिजली की आपूर्ति के लिए भार जोड़ने से बचने के लिए एक उच्च प्रतिबाधा वोल्टमीटर का उपयोग करने के लिए कुछ हद तक समान है.

इस दिशात्मक युग्मन तकनीक के साथ, सिग्नल की शक्ति को मापने के लिए सरल निम्न-स्तरीय डिटेक्टर या क्षेत्र शक्ति मीटर और शक्ति मापने वाले उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।स्थिर इनपुट शक्ति का एक छोटा सा हिस्सा माप के प्रयोजनों के लिए इनपुट पोर्ट P1 से युग्मन पोर्ट P3 तक होगाशेष इनपुट पावर ट्रांसमिशन पोर्ट P2 में प्रेषित की जाती है (जिसको पास या आउटपुट कहा जाता है) ।

दिशात्मक युग्मनों का एक महत्वपूर्ण लाभ उनकी एक दिशात्मक शक्ति युग्मन विशेषताओं है; केवल युग्मन एक दिशात्मक संचरण शक्ति;आउटपुट पोर्ट में प्रवेश करने वाली किसी भी अप्रत्याशित शक्ति को पोर्ट P3 के बजाय अप्रयुक्त टर्मिनल अलगाव पोर्ट P4 से जोड़ा जाएगा, लेकिन यह स्थिति दिशात्मक युग्मक के दिशात्मक प्रवाह में हस्तक्षेप नहीं करेगी।

चित्र 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 P2; एक दिशात्मक युग्मक चार पोर्ट द्विदिशात्मक युग्मक का एक दिशात्मक उप-उपकरण है। (छवि स्रोतः विकिपीडिया)

इन शीर्ष स्तर के मापदंडों का उपयोग दिशात्मक युग्मनों को निर्दिष्ट करने के लिए किया जाता हैः

युग्मन की डिग्रीः युग्मन पोर्ट (पी 3) में प्रेषित इनपुट पावर का अनुपात (पी 1) ।
दिशाः यह पैरामीटर युग्मक की क्षमता को दर्शाता है कि आगे और पीछे की तरंग प्रसार के बीच अंतर किया जा सके,जो युग्मन (P3) पोर्ट और अलगाव (P4) पोर्ट से देखा जा सकता है.
पृथक्करणः गैर जुड़ा हुआ भार (पी 4) के लिए वितरित शक्ति।
सम्मिलन हानिः संचरण पोर्ट पर इनपुट पावर के कम होने को संदर्भित करता है, जिसमें युग्मन पोर्ट और अलगाव पोर्ट पर डायवर्ट किए गए पावर घटक शामिल हैं।
वापसी हानिः यह पैरामीटर प्रतिबाधा असंगतता के कारण पी 1 पोर्ट पर वापस प्रतिबिंबित शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है।
उन्नत सामग्रियों का प्रयोग दिशागत युग्मनों की मात्रा को कम कर सकता है
दिशात्मक युग्मन बनाने के कई तरीके हैं. ऐतिहासिक दृष्टिकोण से, दिशात्मक युग्मन तरंग मार्ग या समाक्षीय केबलों के माध्यम से प्राप्त किया गया है,जो उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए अभी भी आवश्यक हैंहालांकि, आधुनिक लो-एंड आरएफ सर्किट, जैसे कि बेस स्टेशनों में, बहुत छोटे युग्मन की आवश्यकता होती है।यह उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिर सिरेमिक सब्सट्रेट पर स्ट्रिप लाइन या माइक्रोस्ट्रिप प्रक्रियाओं का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है.

माइक्रोस्ट्रिप लाइन एक सपाट ट्रांसमिशन लाइन तकनीक है जो एक डाइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट द्वारा ग्राउंड प्लेन से अलग एक चालक पट्टी का उपयोग करती है।फ़िल्टर, और पावर डिवाइडर, सब्सट्रेट पर धातुकृत पैटर्न संरचनाओं से बने होते हैं और उच्च परिशुद्धता आयामी विशेषताओं के होते हैं।माइक्रोस्ट्रिप लाइन तकनीक का उपयोग करके निर्मित छोटे उपकरण हल्के होते हैं, अधिक कॉम्पैक्ट, और आम तौर पर सस्ता। इस प्रकार के उपकरण लगभग दस वाट की मध्यम स्तर की शक्ति को संभाल सकते हैं।

उच्च-के सामग्री का उपयोग करने से आरएफ संकेतों की तरंग दैर्ध्य को छोटा किया जा सकता है और डिवाइस का कुल आकार कम हो सकता है। कृपया ध्यान दें कि अकादमिक साहित्य में कभी-कभी छोटे अक्षर 'के' का उपयोग किया जाता है,जिसे अधिक औपचारिक सामग्रियों में 'कप्पा' कहा जाता है.

उच्च-के सामग्री और नॉल्स की उच्च-सटीक पतली फिल्म माइक्रोस्ट्रिप प्रक्रिया प्रौद्योगिकी से बने दिशा संबंधी युग्मनों का उपयोग करके, आरएफ डिजाइनर आकार, वजन,और सख्त प्रदर्शन सहिष्णुता बनाए रखते हुए आरएफ सर्किट की शक्ति (SWaP).

इन उच्च-K सामग्री के फायदे और प्रभाव बहुत महत्वपूर्ण हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है: तीन आम डायलेक्ट्रिक सामग्री (PTFE,FR-4, और एल्यूमिना) और तीन अनुकूलित सब्सट्रेट 25 गीगाहर्ट्ज़ (जीएचजेड) पर नॉल्स द्वारा विकसित किए गए (पीजी, सीएफ और सीजी) । उनके सीएफ सब्सट्रेट में 25,जबकि FR-4 सामग्री का विद्युतरोधक स्थिर 4 है.8इसलिए, सीएफ सामग्री से बने उपकरणों की तरंग दैर्ध्य FR-4 सामग्री उपकरणों के 2/5 तक कम हो जाती है, जिससे डिवाइस के आकार में महत्वपूर्ण कमी आती है।