Accoppiatore direzionale
Che cos'è un accoppiatore direzionale?
L'accoppiatore direzionale è un dispositivo costituito da guide d'onda connesse in modo da consentire il passaggio di energia elettromagnetica a radiofrequenza in direzioni e sensi prescelti pur causando minime alterazioni al regime del sistema di trasmissione generale.
Così mediante guide d'onda è possibile attuare un sistema con quattro terminali A, B, C, D (fig. 1) in modo tale che non possa avvenire alcuna trasmissione tra A e C, né tra B e D, mentre la trasmissione può invece effettuarsi tra qualsiasi altra coppia di terminali diversa dalle due escluse.
Si attua così tra i quattro terminali un accoppiamento in certe direzioni privilegiate con l'esclusione di altre; donde il nome di accoppiatore direzionale.
Fig.1. Rappresentazione schematica di una rete di guide d'onda con quattro terminali A, B, C, D. Tale dispositivo impedisce gli scambi di energia tra le coppie di terminali A-C e B-D, mentre permette la trasmissione di energia tra qualsiasi altra coppia di terminali.
Principio e utilità dell'accoppiatore direzionale
Il principio e la utilità del dispositivo verranno illustrati con un semplice esempio.
Un tipo comune di accoppiatore direzionale sfrutta i fenomeni di interferenza.
Due guide d'onda rettangolari sono saldate lungo i lati più stretti come è mostrato nella fig. 2 e nella parete comune sono praticate due piccole aperture (1 e 2) distanti tra loro di un quarto di lunghezza d'onda.
Un'onda entrante nella rete dal terminale A raggiunge con piccola attenuazione il terminale B, mentre una piccola porzione dell'energia elettromagnetica passa nella seconda guida d'onda attraverso le aperture 1 e 2 e si divide ogni volta in due componenti uguali che si propagano in senso opposto.
È facile vedere che le onde IR e 2R risultano in fase, poiché gli spazi λ/4 sono percorsi nello stesso senso e ovviamente nello stesso tempo dall'onda principale in AB e da quella derivata in CD, e quindi si sovrappongono raggiungendo il terminale D.
Invece le onde 1L e 2L risultano in opposizione di fase perché la 2L percorre in senso inverso il tratto λ/4 e con tale ritardo di un quarto di periodo incontra in 1 la componente 1L in anticipo a sua volta di λ/4 rispetto all'istante di uscita di 2L dal foro 2; esse quindi si elidono per cui nessuna perturbazione raggiunge il terminale C.
Nessuna trasmissione si può avere tra A e C, come pure tra B e D.
Nell'esempio illustrato i fattori di accoppiamento tra diverse coppie di terminali risultano molto diversi, in quanto i terminali A e B (oppure quelli C e D) sono accoppiati quasi completamente, con fattore di accoppiamento all'incirca unitario, mentre l'accoppiamento tra i terminali A e D (o tra quelli B e C) può essere reso piccolo quanto si vuole.
Il fattore di accoppiamento nominale di questo tipo di accoppiatore direzionale è solitamente dell'ordine di grandezza di 10 o 20 dB (decibel).
Fig.2. Accoppiatore direzionale a interferenza. La trasmissione di energia elettromagnetica di lunghezza d'onda λ non può avvenire tra i terminali A e C e neppure tra i terminali B e D a causa dei fenomeni di interferenza prodotti dal passaggio di energia attraverso i fori 1 e 2 che distano tra loro un quarto di λ. Un accoppiatore di questo tipo rende possibile la trasmissione di energia solo nei sensi prescelti A-B, C-D e viceversa.
Impieghi degli accoppiatori direzionali
Gli accoppiatori direzionali si usano in modo particolare nella misura selettiva delle onde progressive (onde incidenti) e regressive (onde riflesse).
Con accoppiamento mediante piccole aperture (fattore di accoppiamento di molti decibel), questa misura si può eseguire introducendo una perdita trascurabile nella trasmissione dell'onda principale come si effettua con il riflettometro.
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