ডাইরেকশনাল কাপলারের কার্যপ্রণালী

ডাইরেকশনাল কাপলার হলো মাইক্রোওয়েভ পরিমাপ এবং অন্যান্য মাইক্রোওয়েভ সিস্টেমে ব্যবহৃত একটি স্ট্যান্ডার্ড মাইক্রোওয়েভ/মিলিমিটার ওয়েভ কম্পোনেন্ট। এগুলো সিগন্যাল আইসোলেশন, সেপারেশন এবং মিক্সিং-এর জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন পাওয়ার মনিটরিং, সোর্স আউটপুট পাওয়ার স্টেবিলাইজেশন, সিগন্যাল সোর্স আইসোলেশন, ট্রান্সমিশন এবং রিফ্লেকশন ফ্রিকোয়েন্সি সুইপিং টেস্ট ইত্যাদি। এটি একটি ডাইরেকশনাল মাইক্রোওয়েভ পাওয়ার ডিভাইডার এবং আধুনিক সুইপ্ট-ফ্রিকোয়েন্সি রিফ্লেক্টোমিটারের একটি অপরিহার্য উপাদান। সাধারণত, এটি বিভিন্ন ধরনের হয়ে থাকে, যেমন ওয়েভগাইড, কোঅক্সিয়াল লাইন, স্ট্রিপলাইন এবং মাইক্রোস্ট্রিপ।

চিত্র ১ হলো কাঠামোটির একটি পরিকল্পিত চিত্র। এটিতে প্রধানত দুটি অংশ রয়েছে, মূল লাইন এবং সহায়ক লাইন, যা বিভিন্ন ধরনের ছোট ছিদ্র, ফাটল এবং ফাঁকের মাধ্যমে একে অপরের সাথে সংযুক্ত থাকে। ফলে, মূল লাইনের প্রান্তের “১” থেকে আসা শক্তির একটি অংশ সহায়ক লাইনে সংযুক্ত হবে। তরঙ্গের ব্যতিচার বা উপরিপাতনের কারণে, শক্তি শুধুমাত্র সহায়ক লাইন বরাবর এক দিকে (যাকে “ফরওয়ার্ড” বলা হয়) সঞ্চারিত হবে, এবং অন্য দিকে (যাকে “রিভার্স” বলা হয়) প্রায় কোনো শক্তি সঞ্চারিত হবে না।

চিত্র ২ হলো একটি ক্রস-ডিরেকশনাল কাপলার, যার একটি পোর্ট একটি অন্তর্নির্মিত ম্যাচিং লোডের সাথে সংযুক্ত।

ডাইরেকশনাল কাপলারের প্রয়োগ

১, শক্তি সংশ্লেষণ সিস্টেমের জন্য
একটি 3dB ডাইরেকশনাল কাপলার (সাধারণত 3dB ব্রিজ নামে পরিচিত) সাধারণত একটি মাল্টি-ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি সিন্থেসিস সিস্টেমে ব্যবহৃত হয়, যেমনটি নিচের চিত্রে দেখানো হয়েছে। এই ধরনের সার্কিট ইনডোর ডিস্ট্রিবিউটেড সিস্টেমে প্রচলিত। দুটি পাওয়ার অ্যামপ্লিফায়ার থেকে আসা f1 এবং f2 সিগন্যালগুলো একটি 3dB ডাইরেকশনাল কাপলারের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পর, প্রতিটি চ্যানেলের আউটপুটে f1 এবং f2 এই দুটি ফ্রিকোয়েন্সি কম্পোনেন্ট থাকে এবং 3dB প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সি কম্পোনেন্টের বিস্তার (অ্যাম্প্লিচিউড) কমিয়ে দেয়। যদি একটি আউটপুট টার্মিনালকে একটি অ্যাবজর্বিং লোডের সাথে সংযুক্ত করা হয়, তবে অন্য আউটপুটটি প্যাসিভ ইন্টারমডুলেশন মেজারমেন্ট সিস্টেমের পাওয়ার সোর্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। আইসোলেশন আরও উন্নত করার প্রয়োজন হলে, ফিল্টার এবং আইসোলেটরের মতো কিছু কম্পোনেন্ট যোগ করা যেতে পারে। একটি ভালোভাবে ডিজাইন করা 3dB ব্রিজের আইসোলেশন 33dB-এর বেশি হতে পারে।
 
ডাইরেকশনাল কাপলারটি পাওয়ার কম্বাইনিং সিস্টেম ওয়ানে ব্যবহৃত হয়।
পাওয়ার কম্বাইনিং-এর আরেকটি প্রয়োগ হিসেবে ডাইরেকশনাল গালি এরিয়া নিচের চিত্র (ক)-তে দেখানো হয়েছে। এই সার্কিটে, ডাইরেকশনাল কাপলারের ডাইরেকটিভিটি চতুরতার সাথে প্রয়োগ করা হয়েছে। ধরে নেওয়া যাক, দুটি কাপলারের কাপলিং ডিগ্রী উভয়ই 10dB এবং ডাইরেকটিভিটি উভয়ই 25dB, তাহলে f1 এবং f2 প্রান্তের মধ্যে আইসোলেশন হবে 45dB। যদি f1 এবং f2-এর ইনপুট উভয়ই 0dBm হয়, তাহলে সম্মিলিত আউটপুট উভয়ই হবে -10dBm। নিচের চিত্র (খ)-তে থাকা উইলকিনসন কাপলারের (যার সাধারণ আইসোলেশন মান 20dB) সাথে তুলনা করলে, একই 0dBm ইনপুট সিগন্যালের ক্ষেত্রে, সিন্থেসিসের পরে আউটপুট হয় -3dBm (ইনসারশন লস বিবেচনা না করে)। ইন্টার-স্যাম্পল কন্ডিশনের সাথে তুলনা করে, আমরা চিত্র (ক)-এর ইনপুট সিগন্যাল 7dB বাড়িয়েছি যাতে এর আউটপুট চিত্র (খ)-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়। এই সময়ে, চিত্র (a)-তে f1 এবং f2-এর মধ্যে আইসোলেশন ৩৮ ডিবি কমে যায়। চূড়ান্ত তুলনার ফলাফল হলো, ডাইরেকশনাল কাপলারের পাওয়ার সিন্থেসিস পদ্ধতি উইলকিনসন কাপলারের চেয়ে ১৮ ডিবি বেশি। এই স্কিমটি দশটি অ্যামপ্লিফায়ারের ইন্টারমডুলেশন পরিমাপের জন্য উপযুক্ত।

পাওয়ার কম্বাইনিং সিস্টেম ২-এ একটি ডিরেকশনাল কাপলার ব্যবহার করা হয়।

২, যা রিসিভারের অ্যান্টি-ইন্টারফারেন্স পরিমাপ বা স্পিউরিয়াস পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়।
আরএফ (RF) পরীক্ষা ও পরিমাপ সিস্টেমে, নিচের চিত্রে দেখানো সার্কিটটি প্রায়শই দেখা যায়। ধরা যাক, ডিইউটি (DUT) (পরীক্ষাধীন ডিভাইস বা সরঞ্জাম) হলো একটি রিসিভার। সেক্ষেত্রে, ডাইরেকশনাল কাপলারের কাপলিং প্রান্তের মাধ্যমে রিসিভারে একটি সংলগ্ন চ্যানেলের ইন্টারফেরেন্স সিগন্যাল প্রবেশ করানো যেতে পারে। এরপর ডাইরেকশনাল কাপলারের মাধ্যমে এর সাথে সংযুক্ত একটি ইন্টিগ্রেটেড টেস্টার রিসিভারের রেজিস্ট্যান্স-থাউজেন্ড ইন্টারফেরেন্স পারফরম্যান্স পরীক্ষা করতে পারে। যদি ডিইউটি একটি সেলুলার ফোন হয়, তবে ডাইরেকশনাল কাপলারের কাপলিং প্রান্তের সাথে সংযুক্ত একটি ইন্টিগ্রেটেড টেস্টারের মাধ্যমে ফোনটির ট্রান্সমিটার চালু করা যেতে পারে। এরপর একটি স্পেকট্রাম অ্যানালাইজার ব্যবহার করে ফোনটির স্পিউরিয়াস আউটপুট পরিমাপ করা যায়। অবশ্যই, স্পেকট্রাম অ্যানালাইজারের আগে কিছু ফিল্টার সার্কিট যুক্ত করা উচিত। যেহেতু এই উদাহরণে শুধুমাত্র ডাইরেকশনাল কাপলারের প্রয়োগ নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে, তাই ফিল্টার সার্কিটটি বাদ দেওয়া হয়েছে।

ডাইরেকশনাল কাপলার সেলুলার ফোনের রিসিভারের অ্যান্টি-ইন্টারফারেন্স পরিমাপ অথবা স্পিউরিয়াস হাইট পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়।
এই টেস্ট সার্কিটে, ডাইরেকশনাল কাপলারের ডাইরেকটিভিটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। থ্রু এন্ডের সাথে সংযুক্ত স্পেকট্রাম অ্যানালাইজারটি শুধুমাত্র DUT থেকে সিগন্যাল গ্রহণ করতে চায় এবং কাপলিং এন্ড থেকে পাসওয়ার্ড গ্রহণ করতে চায় না।

৩, সংকেত নমুনা সংগ্রহ এবং পর্যবেক্ষণের জন্য
ট্রান্সমিটারের অনলাইন পরিমাপ এবং পর্যবেক্ষণ সম্ভবত ডাইরেকশনাল কাপলারের সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত অ্যাপ্লিকেশনগুলোর মধ্যে একটি। নিচের চিত্রটি সেলুলার বেস স্টেশন পরিমাপের জন্য ডাইরেকশনাল কাপলারের একটি সাধারণ প্রয়োগ। ধরা যাক, ট্রান্সমিটারের আউটপুট পাওয়ার ৪৩dBm (২০W), ডাইরেকশনাল কাপলারের কাপলিং ক্যাপাসিটি ৩০dB এবং ইনসারশন লস (লাইন লস ও কাপলিং লস মিলিয়ে) ০.১৫dB। কাপলিং প্রান্ত থেকে বেস স্টেশন টেস্টারে ১৩dBm (২০mW) সিগন্যাল পাঠানো হলে, ডাইরেকশনাল কাপলারের সরাসরি আউটপুট হয় ৪২.৮৫dBm (১৯.৩W), এবং আইসোলেটেড প্রান্তের লিকেজ পাওয়ার একটি লোড দ্বারা শোষিত হয়।

ডিরেকশনাল কাপলারটি বেস স্টেশন পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়।
প্রায় সমস্ত ট্রান্সমিটার অনলাইন স্যাম্পলিং এবং মনিটরিংয়ের জন্য এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, এবং সম্ভবত শুধুমাত্র এই পদ্ধতিই স্বাভাবিক কার্যপরিবেশে ট্রান্সমিটারের পারফরম্যান্স পরীক্ষার নিশ্চয়তা দিতে পারে। কিন্তু এটি মনে রাখা উচিত যে, ট্রান্সমিটার পরীক্ষা একই হলেও, বিভিন্ন পরীক্ষকের বিবেচ্য বিষয় ভিন্ন ভিন্ন হয়ে থাকে। WCDMA বেস স্টেশনকে উদাহরণ হিসেবে নিলে, অপারেটরদের অবশ্যই এর কার্যকারী ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে (2110~2170MHz) থাকা বিভিন্ন সূচক, যেমন সিগন্যালের মান, ইন-চ্যানেল পাওয়ার, সংলগ্ন চ্যানেলের পাওয়ার ইত্যাদির দিকে মনোযোগ দিতে হয়। এই প্রেক্ষাপটে, নির্মাতারা বেস স্টেশনের আউটপুট প্রান্তে একটি ন্যারোব্যান্ড (যেমন 2110~2170MHz) ডিরেকশনাল কাপলার স্থাপন করে, যা ট্রান্সমিটারের ইন-ব্যান্ড কার্যপরিবেশ পর্যবেক্ষণ করে এবং যেকোনো সময় কন্ট্রোল সেন্টারে সেই তথ্য পাঠাতে পারে।
যদি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রামের নিয়ন্ত্রক—অর্থাৎ রেডিও মনিটরিং স্টেশন—সফট বেস স্টেশনের সূচকগুলো পরীক্ষা করে, তবে এর লক্ষ্য সম্পূর্ণ ভিন্ন হয়। রেডিও ম্যানেজমেন্ট স্পেসিফিকেশনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে, পরীক্ষার ফ্রিকোয়েন্সি পরিসর ৯kHz~১২.৭৫GHz পর্যন্ত বিস্তৃত করা হয়, এবং পরীক্ষিত বেস স্টেশনটি এতটাই বিস্তৃত যে, এই ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে কী পরিমাণ অপ্রয়োজনীয় বিকিরণ (spurious radiation) তৈরি হবে এবং অন্যান্য বেস স্টেশনের স্বাভাবিক কার্যক্রমে হস্তক্ষেপ করবে? এটি রেডিও মনিটরিং স্টেশনগুলোর একটি উদ্বেগের বিষয়। এই সময়ে, সিগন্যাল স্যাম্পলিংয়ের জন্য একই ব্যান্ডউইথের একটি ডিরেকশনাল কাপলার প্রয়োজন, কিন্তু ৯kHz~১২.৭৫GHz পরিসর কভার করতে পারে এমন কোনো ডিরেকশনাল কাপলারের অস্তিত্ব আছে বলে মনে হয় না। আমরা জানি যে, একটি ডিরেকশনাল কাপলারের কাপলিং আর্মের দৈর্ঘ্য তার কেন্দ্র ফ্রিকোয়েন্সির সাথে সম্পর্কিত। একটি আল্ট্রা-ওয়াইডব্যান্ড ডিরেকশনাল কাপলারের ব্যান্ডউইথ ৫-৬ অক্টেভ ব্যান্ড, যেমন ০.৫-১৮GHz পর্যন্ত হতে পারে, কিন্তু ৫০০MHz-এর নিচের ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড এটি কভার করতে পারে না।

৪, অনলাইন শক্তি পরিমাপ
থ্রু-টাইপ পাওয়ার পরিমাপ প্রযুক্তিতে, ডাইরেকশনাল কাপলার একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ডিভাইস। নিচের চিত্রে একটি সাধারণ পাস-থ্রু উচ্চ-ক্ষমতা পরিমাপ সিস্টেমের স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম দেখানো হয়েছে। পরীক্ষাধীন অ্যামপ্লিফায়ার থেকে আসা ফরোয়ার্ড পাওয়ার ডাইরেকশনাল কাপলারের ফরোয়ার্ড কাপলিং প্রান্ত (টার্মিনাল ৩) দ্বারা স্যাম্পল করা হয় এবং পাওয়ার মিটারে পাঠানো হয়। প্রতিফলিত পাওয়ার রিভার্স কাপলিং টার্মিনাল (টার্মিনাল ৪) দ্বারা স্যাম্পল করা হয় এবং পাওয়ার মিটারে পাঠানো হয়।
উচ্চ ক্ষমতা পরিমাপের জন্য একটি ডিরেকশনাল কাপলার ব্যবহার করা হয়।
অনুগ্রহ করে লক্ষ্য করুন: লোড থেকে প্রতিফলিত শক্তি গ্রহণ করার পাশাপাশি, রিভার্স কাপলিং টার্মিনাল (টার্মিনাল ৪) ফরোয়ার্ড দিক (টার্মিনাল ১) থেকে লিকেজ শক্তিও গ্রহণ করে, যা ডাইরেকশনাল কাপলারের ডাইরেকটিভিটির কারণে ঘটে। পরীক্ষক এই প্রতিফলিত শক্তিই পরিমাপ করতে চান, এবং এই লিকেজ শক্তিই প্রতিফলিত শক্তি পরিমাপে ত্রুটির প্রধান উৎস। প্রতিফলিত শক্তি এবং লিকেজ শক্তি রিভার্স কাপলিং প্রান্তে (৪টি প্রান্তে) উপরিপাতিত হয় এবং তারপর পাওয়ার মিটারে পাঠানো হয়। যেহেতু দুটি সিগন্যালের সঞ্চালন পথ ভিন্ন, তাই এটি একটি ভেক্টর উপরিপাতন। যদি পাওয়ার মিটারে ইনপুট হওয়া লিকেজ শক্তিকে প্রতিফলিত শক্তির সাথে তুলনা করা যায়, তবে এটি পরিমাপে একটি উল্লেখযোগ্য ত্রুটি তৈরি করবে।
অবশ্যই, লোড (প্রান্ত ২) থেকে প্রতিফলিত শক্তিও ফরোয়ার্ড কাপলিং প্রান্তে (প্রান্ত ১, যা উপরের চিত্রে দেখানো হয়নি) লিক করবে। তবুও, ফরোয়ার্ড শক্তির তুলনায় এর পরিমাণ নগণ্য, যা ফরোয়ার্ড শক্তি পরিমাপ করে। এর ফলে সৃষ্ট ত্রুটি উপেক্ষা করা যেতে পারে।

চীনের “সিলিকন ভ্যালি” – বেইজিং ঝংগুয়ানসুন-এ অবস্থিত বেইজিং রোফিয়া অপ্টোইলেক্ট্রনিক্স কোং, লিমিটেড একটি উচ্চ-প্রযুক্তি সংস্থা, যা দেশি ও বিদেশি গবেষণা প্রতিষ্ঠান, গবেষণা কেন্দ্র, বিশ্ববিদ্যালয় এবং বিভিন্ন প্রতিষ্ঠানের বৈজ্ঞানিক গবেষণা কর্মীদের সেবা প্রদানে নিবেদিত। আমাদের কোম্পানি প্রধানত অপ্টোইলেক্ট্রনিক পণ্যের স্বাধীন গবেষণা ও উন্নয়ন, নকশা, উৎপাদন এবং বিক্রয়ে নিযুক্ত এবং বৈজ্ঞানিক গবেষক ও শিল্প প্রকৌশলীদের জন্য উদ্ভাবনী সমাধান এবং পেশাদার, ব্যক্তিগতকৃত পরিষেবা প্রদান করে। বছরের পর বছর ধরে স্বাধীন উদ্ভাবনের পর, এটি আলোক-বৈদ্যুতিক পণ্যের একটি সমৃদ্ধ ও নিখুঁত সিরিজ তৈরি করেছে, যা পৌরসভা, সামরিক, পরিবহন, বিদ্যুৎ, অর্থ, শিক্ষা, চিকিৎসা এবং অন্যান্য শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

আমরা আপনার সাথে সহযোগিতার প্রত্যাশায় আছি।