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德國MURR穆爾總線耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成
在微波系統(tǒng)中, 往往需將一路微波功率按比例分成幾路, 這就是功率分配問題。實現(xiàn)這一功能的元件稱為功率分配元器件即MURR耦合器, 主要包括: 定向MURR耦合器、 功率分配器以及各種微波分支器件。
光電MURR耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi),彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端,受光器的引腳為輸出端,常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管,受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電MURR耦合器的種類較多,常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。如下圖1(外形有金屬圓殼封裝,塑封雙列直插等)。
原理類比:
老張的南北兩側(cè)的白菜地各分了3份,老張希望通過一次性水道改動,每份地從主干水道上獲得一小部分水流,水流速度和其他的地盡量相同,如圖1所示。這樣老張就可以在樹蔭下歇一段時間,不用再做任何的水道改動,所有的地同時澆完。
MURR耦合器是從無線信號主干通道中提取出一小部分信號的射頻器件,如圖2所示,與功分器一樣都屬于功率分配器件,不同的是MURR耦合器是不等功率的分配器件。MURR耦合器與功分器搭配使用,主要為了達到一個目標(biāo)—使信號源的發(fā)射功率能夠盡量平均分配到室內(nèi)分布系統(tǒng)的各個天線口,使每個天線口的發(fā)射功率基本相同。
MURR耦合器的重要指標(biāo)是耦合度和插損。耦合度是耦合端口與輸入端口的功率之比,以dB表示的話,一般是負(fù)值。耦合度的絕對值越大,相當(dāng)于拿走的東西越少,自然MURR耦合器的損耗就越小。插損是輸出端口與輸入端口的功率之比。耦合度的絕對值越大,插損的絕對值越小。
實例:
一個耦合度為?10dB的MURR耦合器,它的插損就為?0.5dB。取絕對值,再考慮到介質(zhì)損耗,一般插損會更大一些,不同廠家不一樣,一般插損可取0.7dB左右。
假若輸入端口功率為15dBm,那么這個MURR耦合器的耦合端口的功率就是15dBm-10dB=5dBm,輸出端口的功率就是15dBm-0.7dB=14.3dBm。
在此很多人會問這樣一個問題:5dBm+14.3dBm>15dBm,能量不守恒,為什么?原因很簡單,以dBm為單位的數(shù)量不能相加。
在光電MURR耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光,光的強度取決于激勵電流的大小,此光照射到封裝在一起的受光器上后,因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流,由受光器輸出端引出,這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。
⒈工作特性(以光敏三極管為例)
光電MURR耦合器內(nèi)部共模抑制比很高。因為發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)),共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小,因而共模抑制比很高。
⒉輸出特性
光電MURR耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下,光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系,當(dāng)IF=0時,發(fā)光二極管不發(fā)光,此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流,一般很小。當(dāng)IF>0時,在一定的IF作用下,所對應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系,用半導(dǎo)體管特性圖示儀測出的光電MURR耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。
⒊光電MURR耦合器可作為線性MURR耦合器使用
在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流,再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號,其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電MURR耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài),傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時,輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間,不同結(jié)構(gòu)的光電MURR耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。
⒈用萬用表判斷好壞,如圖3,斷開輸入端電源,用R×1k檔測1、2腳電阻,正向電阻為幾百歐,反向電阻幾十千歐,3、4腳間電阻應(yīng)為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組,阻值為無限大,輸入端接通電源后,3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP,3、4間腳電阻發(fā)生變化,說明該器件是好的。注:不能用R×10k檔,否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。
⒉簡易測試電路,當(dāng)接通電源后,LED不發(fā)光,按下SB,LED會發(fā)光,調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強度會發(fā)生變化,說明被測光電MURR耦合器是好的。
⒈組成開關(guān)電路
當(dāng)輸入信號ui為低電平時,晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài),光電MURR耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零,輸出端Q11、Q12間的電阻很大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開";當(dāng)ui為高電平時,v1導(dǎo)通,B1中發(fā)光二極管發(fā)光,Q11、Q12間的電阻變小,相當(dāng)于開關(guān)“接通".該電路因Ui為低電平時,開關(guān)不通,故為高電平導(dǎo)通狀態(tài).同理,因無信號(Ui為低電平)時,開關(guān)導(dǎo)通,故為低電平導(dǎo)通狀態(tài).
2.組成邏輯電路
電路為“與門"邏輯電路。其邏輯表達式為P=A.B.圖中兩只光敏管串聯(lián),只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時,輸出P=1.同理,還可以組成“或門"、“與非門"、“或非門"等邏輯電路.
3.組成隔離耦合電路
電路如圖4所示.這是一個典型的交流耦合放大電路.適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl,使B4的電流傳輸比為一常數(shù),即可保證該電路的線性放大作用。
4.組成高壓穩(wěn)壓電路
驅(qū)動管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動管為3DG27)。當(dāng)輸出電壓增大時,V55 的偏壓增加,B5中發(fā)光二極管的正向電流增大,使光敏管極間電壓減小,調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大,使輸出電壓降低,而保持輸出電壓的穩(wěn)定.
⒌組成門廳照明燈自動控制電路
A是四組模擬電子開關(guān)(S1~S4):S1,S2,S3并聯(lián)(可增加驅(qū)動功率及抗干擾能力)用于延時電路,當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4,B6驅(qū)動雙向可控硅VT,VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測電路。當(dāng)門關(guān)閉時,安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用,其觸點斷開,S1,S2,S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家打開門,磁鐵遠離KD,KD觸點閉合。此時9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電,C1兩端電壓很快上升到9V,整流電壓經(jīng)S1,S2,S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通,VT亦導(dǎo)通,H點亮,實現(xiàn)自動照明控制作用。房門關(guān)閉后,磁鐵控制KD,觸點斷開,9V電源停止對C1充電,電路進入延時狀態(tài)。C1開始對R3放電,經(jīng)一段時間延遲后,C1兩端電壓逐漸下降到S1,S2,S3的開啟電壓(1.5v)以下,S1,S2,S3恢復(fù)斷開狀態(tài),導(dǎo)致B6截止,VT亦截止,H熄來,實現(xiàn)延時關(guān)燈功能。
定向種類
定向MURR耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件,它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的。首先介紹定向MURR耦合器的性能指標(biāo),然后介紹波導(dǎo)雙孔定向MURR耦合器、雙分支定向MURR耦合器和平行耦合微帶定向MURR耦合器。
1)定向MURR耦合器的性能指標(biāo)
定向MURR耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò),端口“①"為輸入端,端口“②"為直通輸出端,端口“③"為耦合輸出端,端口“④"為隔離端,并設(shè)其散射矩陣為[S]。描述定向MURR耦合器的性能指標(biāo)有: 耦合度、隔離度、 定向度、輸入駐波比和工作帶寬。下面分別加以介紹。
2)隔離度
輸入端“①"的輸入功率P1和隔離端“④"的輸出功率P4之比定義為隔離度,記作I。
⑶定向度
耦合端“③"的輸出功率P3與隔離端“④"的輸出功率P4之比定義為定向度,記作D。
⑷輸入駐波比
端口“②、 ③、 ④"都接匹配負(fù)載時的輸入端口“①"的駐波比定義為輸入駐波比,記作ρ。
⑸工作帶寬
工作帶寬是向MURR耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。
波導(dǎo)種類
波導(dǎo)雙孔定向MURR耦合器是的波導(dǎo)定向MURR耦合器,主、副波導(dǎo)通過其公共窄壁上兩
個相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔實現(xiàn)耦合其中,λg0是中心頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長,n為正整數(shù),一般取n=0。耦合孔一般是圓形,也可以是其它形狀。當(dāng)工作在中心頻率時,βd=π/2,此時D→∞; 當(dāng)偏離中心頻率時,secβd具有一定的數(shù)值,此時D不再為無窮大。實際上雙孔MURR耦合器即使在中心頻率上,其定向性也不是無窮大,而只能在30dB左右。
總之,波導(dǎo)雙孔定向MURR耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導(dǎo)的定向輸出,在耦合口上同相疊加,在隔離口上反相抵消。為了增加定向MURR耦合器的耦合度,拓寬工作頻帶,可采用多孔定向MURR耦合器,
雙分種類
雙分支定向MURR耦合器由主線、副線和兩條分支線組成,其中分支線
的長度和間距均為中心波長的1/4,如圖 5 - 15 所示。設(shè)主線入口線“①"的特性阻抗為,主線出口線“②"的特性阻抗為(k為阻抗變換比),副線隔離端“④"的特性阻抗為,副線耦合端“③"的特性阻抗為,平行連接線的特性阻抗為Z0p,兩個分支線特性阻抗分別為和。
平行種類
平行耦合微帶定向MURR耦合器是一種反向定向MURR耦合器,其耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面,如右圖所示,端口in為輸入口,端口out為直通口,端口ocup為耦合口,端口“④"為隔離口。