Основной принцип работы
Направленный ответвитель — это пассивное устройство, состоящее из двух связанных линий передачи (например, радиоволноводов). Его ключевая функция — селективное ответвление части энергии электромагнитной волны, распространяющейся по основной линии (магистрали), во вспомогательную линию. Важной особенностью является направленность: ответвленная энергия поступает во вспомогательный канал только при распространении волны в основном канале в одном, строго заданном направлении. Если направление волны в магистрали меняется на противоположное, то и направление ответвленной волны также изменяется. Этот эффект достигается благодаря интерференции волн, возбуждаемых во вспомогательном волноводе через элементы связи (например, отверстия или шлейфы), что приводит к их сложению в одном направлении и взаимному гашению в другом.
Коаксиальный направленный ответвитель
Этот тип ответвителя предназначен для работы с коаксиальными фидерами. Он ответвляет часть энергии, движущейся по фидеру, в определённом направлении. Сигнал на его выходе пропорционален напряжению в фидере и обратно пропорционален коэффициенту деления. При обратном направлении волны выходной сигнал теоретически равен нулю. Недостатком многих конструкций является относительно узкая рабочая полоса частот.
Конструкция и компоненты
Основу коаксиального направленного ответвителя составляют:
- Датчик тока: выполнен в виде одновиткового трансформатора тока. Первичной обмоткой служит центральная жила фидера, а вторичной — специальная полость на экране (оплётке). Магнитная связь усиливается с помощью ферритовых колец, надетых на оплётку.
- Датчик напряжения: представляет собой резистивный делитель, подключённый между центральным проводником и выходом датчика тока.
- Сумматор: объединяет сигналы от датчиков, формируя направленный отклик.
Практическая реализация и настройка
Для практического использования часто применяют пару встречно включённых ответвителей. Конструкция может быть выполнена на экране из фольгированного стеклотекстолита. Ключевые параметры:
- При волновом сопротивлении 50 Ом и КСВ ≤ 4 допустимая мощность — около 200 Вт.
- Допустимая мощность обратно пропорциональна КСВ.
- Требуется использование резисторов без спиральных канавок для минимизации паразитной индуктивности.
- Точность резисторов в датчиках должна быть в пределах ±1% для готовности устройства к работе. В противном случае требуется индивидуальная подстройка.
Области применения и возможности
Коаксиальные направленные ответвители являются незаменимыми инструментами для:
- Измерения КСВ (коэффициента стоячей волны) в широкой полосе частот (1–500 МГц).
- Диагностики ВЧ-трактов: поиска неоднородностей, пробоев, обрывов в кабелях и разъёмах с высокой точностью.
- Применения в системах полудуплексной связи.
Другие типы направленных ответвителей
Волноводно-коаксиальный ответвитель
Конструкция основана на скрещенных волноводах с отверстиями связи (часто крестообразными). Во вспомогательный волновод устанавливается согласованная нагрузка и измерительная головка. Для уменьшения габаритов коаксиальную линию могут размещать непосредственно внутри волновода, где она возбуждается магнитным полем волны. Такие ответвители, работающие на связи с поперечными компонентами полей E и H, могут использоваться для создания компактных рефлектометров.
Общее применение в технике СВЧ
В диапазоне СВЧ (30 МГц – 300 ГГц) направленные ответвители повсеместно используются для суммирования и деления мощности сигналов, определения направления распространения волн, измерения их мощности и фазы.
Бытовое и специальное применение
Помимо профессиональной радиочастотной техники, направленные ответвители нашли применение в:
- Сплиттерах для разделения телевизионного сигнала от одной антенны на несколько приёмников.
- Маломощных приёмо-передающих устройствах.
- Сумматорах и смесителях сигналов.