導波管カプラはRF経路間でエネルギーを結合し、信号のサンプリング、分配または条件を定めた合成を行います。すべてが同じT分岐や3 dB等分配器ではありません。ポート図と振幅・位相関係から機能を確認します。
穴やスロットによるサンプリング
方向性結合器では壁の開口などを通じて隣接経路を電磁的に結合できます。寄与する場の位相を設計し、伝搬方向による応答の違いを作ります。
間隔はモードと伝搬に依存します。特定の二孔構造の四分の一波長を、全カプラ共通の自由空間距離としません。
受動素子は電力を新しく作りません。構造と終端に応じて、入力は通過、結合、反射と損失へ配分されます。
結合度を電力へ換算
正の値でC = 10 log10(Pin/Pcoupled)と定義します。20 dBなら理想的な割合は1%で、100 W入力から1 Wです。25 dBなら約0.316%で0.316 Wになります。
検出器、ダイオードと後段減衰器はこのレベルとピークに適合させます。結合器単独では校正された完全な電力計にはなりません。
理想等分配ハイブリッドでは各出力が半分、約3.01 dBの低下です。両出力の総低下を同時に0.5 dB未満とすることとは両立しません。分配と追加損失を別に扱います。
隔離度と方向性
入力1、通過2、結合3、隔離4と定め、C = −20 log10|S31|、I = −20 log10|S41|とします。この定義ではD = I−Cで、C = 20 dBとI = 50 dBならD = 30 dBです。
製造者が別の番号を使う場合は実図面へ対応させ、未測定ポートを適切に終端します。有限方向性は波の分離を制限します。
相互的な方向性結合器は、主経路の反射波を全部遮断するアイソレータではありません。
双方向の測定
適切な四ポート構造を逆向きに励振すると結合・隔離ポートの役割が変わります。内部終端によって外部へ利用できる機能が限られる場合があります。
二重方向性結合器は通常、反対向きの二つの結合構造とそれぞれの終端を使用します。進行と反射の測定では回路、校正と測定枝の整合が必要です。
T分岐、ハイブリッドとマジックティー
これらの振幅と位相関係は異なります。90°ハイブリッドは和・差ポートを持つマジックティーと同じではありません。
受動相互三ポートは無損失と全ポート完全整合を同時には満たせません。コネクタ数だけで出力隔離を保証せず、内部負荷と回路を見ます。
信号を合成する条件
適切な回路を逆向きに使うとき、出力分布は入力の周波数、振幅と位相に依存します。隔離ポートの負荷へ電力が向かう場合もあります。
分配器としての定格が任意の二送信機の合成条件を保証するわけではありません。各ポート、終端と主経路を確認します。
代替しない機能
ミキサーは非線形性を使ってRFとLOから新しい周波数成分を作ります。受動線形カプラは単独で完全なミキサーではありませんが、回路への信号供給には使えます。
低周波の誘導結合と導波管の孔結合も同じ構造とは限りません。全カプラに共通する18–220 GHzという帯域はありません。
仕様と検査
帯域、モード、結合度と平坦度、通過損失、隔離度と方向性を指定します。ハイブリッドでは振幅・位相バランスも確認します。
平均・ピーク電力、フランジと環境を別途定義します。小信号VNAは基準面と終端を合わせて測り、すべての熱限界を保証する試験とはしません。
