Untuk insinyur yang terlibat dalam analisis sirkuit non-RF atau papan sirkuit yang sebenarnya dan pekerjaan desktop, parameter sinyal utama yang menarik bagi mereka adalah tegangan dan arus di titik-titik tertentu dalam desain.Parameter ini dapat diukur dengan menggunakan voltmeter, osiloskop, atau resistor pendeteksi arus.
Sebaliknya, pekerja di bidang RF berkabel dan nirkabel berfokus pada daya dalam watt atau miliwatt (mW), atau desibel (dB) berdasarkan 1 mW (dBm).Pengukuran daya RF bukanlah tugas yang mudah karena tidak ada yang namanya tegangan atau arus sederhana yang akan mengganggu titik pengambilan sinyal transmisi dayaSebaliknya, pemancar sinyal dan skema yang unik harus digunakan untuk mengevaluasi tingkat daya RF.
Kopling arah adalah salah satu metode yang paling umum,yang merupakan perangkat pasif yang dapat "mengambil" sinyal RF dengan derajat kopling yang ditentukan dan memberikan isolasi tinggi antara sinyal dan port pengambilan sampel.
Ini adalah teknologi yang sepenuhnya divalidasi yang memungkinkan kita untuk memahami prinsip kerja kopling arah. kemudian, kita akan mengeksplorasi bagaimana kemajuan dalam bahan dapat mendorong pengembangan kopling,mengurangi mereka menjadi perangkat teknologi pemasangan permukaan mikro (SMT) yang cocok untuk sirkuit daya rendah.
Prinsip kerja kopling arah
Kopling universal empat port memiliki fungsi RF pasif, termasuk port kopling (ke depan) dan port isolasi (belakang atau pantulan) (Gambar 1, gambar atas).Kopling arah adalah struktur tiga port yang tidak memerlukan penggunaan port terisolasi; Konfigurasi ini digunakan untuk aplikasi yang hanya membutuhkan satu output kopling ke depan (arah) (Gambar 1, gambar di bawah).
Fungsi kopling arah adalah untuk melakukan pengambilan sampel daya di jalur transmisi sinyal tanpa mengubah karakteristik jalur.Ini agak mirip dengan menggunakan voltmeter impedansi tinggi untuk menghindari menambahkan beban ke catu daya pada jalur uji.
Dengan teknologi kopling arah ini, detektor tingkat rendah sederhana atau meter kekuatan medan dan perangkat pengukur daya dapat digunakan untuk mengukur kekuatan sinyal.Sebagian kecil dari daya input tetap akan terjadi dari port input P1 ke port kopling P3 untuk tujuan pengukuran. Daya input yang tersisa ditransmisikan (disebut sebagai lulus atau output) ke port transmisi P2.
Salah satu keuntungan penting dari kopling arah adalah karakteristik kopling daya unidirectional mereka; hanya kopling daya transmisi unidirectional;Setiap daya tak terduga yang masuk ke port output akan dihubungkan ke port isolasi terminal yang tidak digunakan P4 alih-alih port P3, tetapi situasi ini tidak akan mengganggu aliran arah kopling arah.
Gambar 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; Sebuah kopling arah adalah sub perangkat unidirectional dari empat port kopling bidirectional. (sumber gambar: Wikipedia)
Parameter tingkat atas ini digunakan untuk menentukan kopling arah:
Tingkat kopling: Proporsi daya masukan (pada P1) yang ditransmisikan ke port kopling (P3).
Kearah: Parameter ini mewakili kemampuan kopling untuk membedakan antara penyebaran gelombang ke depan dan ke belakang,yang dapat diamati dari port kopling (P3) dan port isolasi (P4).
Isolasi: Daya yang diberikan pada beban yang tidak dipasangkan (P4).
Kerugian penyisipan: mengacu pada attenuasi daya masukan di port transmisi, termasuk komponen daya yang dialihkan ke port kopling dan port isolasi.
Kehilangan kembali: Parameter ini mewakili daya yang dipantulkan kembali ke port P1 karena ketidakcocokan impedansi.
Penggunaan bahan canggih dapat mengurangi volume kopling arah
Ada banyak metode untuk membangun kopling arah. Dari perspektif historis, kopling arah telah dicapai melalui pembimbing gelombang atau kabel koaksial,yang masih diperlukan untuk aplikasi daya yang lebih tinggiNamun, sirkuit RF kelas rendah modern, seperti yang ada di stasiun dasar, membutuhkan kopling yang jauh lebih kecil.Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan jalur strip atau proses microstrip pada substrat keramik dengan konstanta dielektrik tinggi.
Microstrip line adalah teknologi jalur transmisi planar yang menggunakan strip konduktif yang diisolasi dari bidang tanah oleh substrat dielektrik.Filter, dan power divider, terbentuk oleh struktur pola logam pada substrat dan memiliki karakteristik dimensi presisi tinggi.perangkat kecil yang dibangun dengan menggunakan teknologi jalur microstrip lebih ringan, lebih kompak, dan biasanya lebih murah.
Menggunakan bahan-bahan tinggi-K sebagai substrat dapat memperpendek panjang gelombang sinyal RF dan mengurangi ukuran keseluruhan perangkat. Harap dicatat bahwa literatur akademik kadang-kadang menggunakan huruf kecil 'k',yang disebut sebagai "kappa" dalam bahan yang lebih formal.
Dengan memanfaatkan kopling arah yang terbuat dari bahan K tinggi dan teknologi proses strip tipis film Knowles yang sangat presisi, desainer RF dapat mengurangi ukuran, berat,dan daya (SWaP) sirkuit RF sambil mempertahankan toleransi kinerja yang ketat.
Keuntungan dan efek dari bahan-bahan tinggi K ini sangat signifikan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2: konstanta dielektrik dan panjang gelombang yang sesuai dari tiga bahan dielektrik umum (PTFE,FR-4, dan alumina) dan tiga substrat khusus yang dikembangkan oleh Knowles (PG, CF, dan CG) pada 25 gigahertz (GHz).sedangkan konstanta dielektrik dari bahan FR-4 adalah 4.8Oleh karena itu, perangkat yang terbuat dari bahan CF memiliki panjang gelombang yang diperpendek menjadi 2/5 dari perangkat bahan FR-4, mencapai pengurangan yang signifikan dalam ukuran perangkat.