เวฟไกด์เซอร์คูเลเตอร์ใน 5G: หน้าที่และข้อจำกัด

เซอร์คูเลเตอร์เวฟไกด์กำหนดทิศการส่งผ่านระหว่างพอร์ตแบบไม่เป็นไปตามส่วนกลับ ตัวอย่างสามพอร์ตคือ 1→2, 2→3 และ 3→1 อาจช่วยแยกเส้นทาง RF ในระบบบางแบบ แต่ไม่ได้เป็นชิ้นส่วนบังคับของ 5G ทุกเครื่องหรือทำให้ฟูลดูเพล็กซ์สำเร็จด้วยตัวเอง

ไม่เป็นส่วนกลับหมายถึงอะไร

หลายโครงสร้างใช้เฟอร์ไรต์ที่ไบอัสด้วยสนามแม่เหล็ก ทำให้การส่งผ่าน 1→2 ต่างจาก 2→1 เซอร์คูเลเตอร์ไม่ใช่แอมพลิฟายเออร์และยังมีความสูญเสีย

โครงสร้างจังก์ชันกับแบบหมุนโพลาไรเซชันทำงานต่างรายละเอียด ไม่ใช่ทุกตัวเป็นท่อที่หมุนสนาม 45° เหมือนกัน ตรวจลูกศรและหมายเลขของรุ่นก่อนเชื่อมต่อ

ป้องกันภาคส่งด้วยโหลด

เมื่อภาคส่งอยู่พอร์ต 1 เสาอยู่พอร์ต 2 และโหลดแมตช์อยู่พอร์ต 3 คลื่นสะท้อนจากเสาจะไปยังโหลดเป็นหลัก โหลดต้องรองรับกำลังสะท้อนเฉลี่ยและพีก

การต่อโหลดทำให้สามพอร์ตทำหน้าที่คล้ายไอโซเลเตอร์สองพอร์ต ไม่ใช่ว่าตัวเซอร์คูเลเตอร์ดูดกลืนพลังงานสะท้อนทั้งหมด ถ้าโหลดไม่แมตช์ ส่วนหนึ่งอาจกลับทาง 3→1

พอร์ต 3 เป็นภาครับ

อีกโครงสร้างอาจต่อเครื่องรับที่พอร์ต 3 เพื่อรับสัญญาณจากเสาทาง 2→3 แต่เมื่อส่ง สัญญาณสะท้อนจากเสาและการรั่วจาก isolation ที่จำกัดก็อาจมาถึงเครื่องรับ

อาจต้องใช้ limiter สวิตช์ ฟิลเตอร์หรือการยกเลิกสัญญาณตามระบบ การมีเซอร์คูเลเตอร์ไม่รับรองว่า LNA จะรับกำลังของเครื่องส่งใดก็ได้

5G และฟูลดูเพล็กซ์

5G มีหลายย่านและสถาปัตยกรรม การแบ่งเวลา TDD หรือแยกความถี่ FDD ไม่เหมือนส่งรับเวลาเดียวกันบนช่องเดียว เซอร์คูเลเตอร์ไม่ใช่ดิพเลกเซอร์ที่ใช้ฟิลเตอร์แยกแถบ

สำหรับการส่งรับช่องเดียวพร้อมกัน ต้องประเมินการรั่ว การสะท้อน นอยส์ภาคส่งและไดนามิกเรนจ์ของภาครับร่วมกัน จำนวนพอร์ตไม่สร้างช่อง MIMO อิสระหรือควบคุมบีมโดยอัตโนมัติ

ความสูญเสียกับการแยก

เมื่อกำหนดพอร์ตและอ้างอิงแบบแมตช์แล้ว loss ของ 1→2 เขียนเป็น −20 log₁₀|S21| ส่วน isolation ของทางไม่ต้องการ 1→3 เป็น −20 log₁₀|S31|

loss 0.5 dB หมายถึงกำลังไปถึงพอร์ตที่สนใจประมาณ 89.1% ไม่ใช่มากกว่า 99% isolation 20 dB เท่ากับอัตราส่วนกำลัง 1% จึงอาจยังมากเมื่อภาคส่งมีกำลังสูง

ตัวอย่างส่ง 10 W หรือ 40 dBm ผ่านทางรั่วที่มี isolation 20 dB จะเหลือ 20 dBm หรือ 100 mW ในแบบจำลองเส้นทางนั้น ต้องเทียบกับขีดจำกัดและการบล็อกของเครื่องรับ ไม่ใช่ดูเลข isolation อย่างเดียว

ย่าน กำลังและสภาพแวดล้อม

ตรวจโหมดและฟลานจ์ให้ตรงกัน คัตออฟท่อไม่ได้กำหนดแบนด์ของเฟอร์ไรต์ จังก์ชันและทรานซิชันทั้งหมด ไม่มีค่าร่วมสำหรับทุกรุ่นว่า 24–40 GHz, 100 W และ −40 ถึง +85°C

กำหนด CW หรือพัลส์ ความกว้าง การซ้ำ การสะท้อนและอุณหภูมิ การระบายความร้อน ความดันและสนามแม่เหล็กใกล้เคียงควรตรงเอกสาร ไม่เพิ่มแม่เหล็กหรือเลือกฮีตซิงก์จากกฎทั่วไป

การตรวจรับ

1. ยืนยันทิศและพอร์ตทุกตัว
2. กำหนดโหลดของพอร์ตที่ไม่วัด
3. วัด reflection, transmission และ isolation ทั่วแบนด์
4. ตรวจเงื่อนไขกำลังและความร้อนด้วยวิธีที่เหมาะสม
5. ประเมินการไม่แมตช์หรือความผิดปกติของโหลด

VNA สัญญาณเล็กไม่รับรองสมรรถนะที่กำลังสูงสุด ดูหลักการเซอร์คูเลเตอร์ Microwaves101 และภาพรวมระบบ 5G ของ 3GPP แล้วเลือกตามข้อกำหนดของวงจรจริง