方向性結合器

方向性結合器、十字型方向性結合器、マジックTについて講義を受けたて原理を学んだんですがあまりよくわかりませんでした。どういうものに応用されているのかを知れば多少理解しやすいかなとも思うので、いったいどういうものに応用されているのか例を教えてもらえないでしょうか?

No.4 ベストアンサー 回答者： dojustice 回答日時： 2005/06/19 19:40

1.送信電力測定

2.送信電力波形の観測
3.送信機とアンテナ間のリターンロスの測定
4.伝送線路および各機器間のインピーダンス整合の度合い

「講義を受けた」ということですので、それぞれの理論については省略させていただきます。

http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/kairo/k4/k4_ …

これは1GHzの1/4λ長の平行２線の結合度を表したグラフです。
S=0.1mmの図を見てください。
f=400MHzにおける結合度は、S41 0dB, S21 -16dB, S31 -36dBと読み取れますね。

これは、
　(1)1→4に向かって電力が伝わるとき、2端子には-16dBの電力が発生する。
　(2）このとき、3端子には-36dBの電力しか発生しない。
ことを意味しています。

(1)から、これを「16dBの結合度」がある、と言います。
(2)と(1)から、これを「20dBのアイソレーションがある」、と言います。
「結合度」と「アイソレーション」が方向性結合器のイノチです。

例えば、2端子から1Wの電力が検出されたとしますと、これは1→4に向かって、その40倍の電力、すなわち40Ｗが伝送されていることを意味します。
これにより、伝送系にほとんど影響を与えず、また測定器に大電力を通さず、伝送線路上の電力を測定することができます。
結合度をもっと小さくとれば(2線の間隔を開ける)、系統への影響はもっと小さくできます。(S=1mmでは結合度は-27dB at400MHz)
これが、1.に挙げた「送信電力の測定」です。
またここにオシロやスペクトラムアナライザ等の測定器をつなげば、2.送信電力波形の観測　が可能です。

次にこれを左右逆に接続して（1端子をアンテナ側に4端子を送信機側に）、3端子からの出力が先ほどの2端子の出力より[20dB]小さく出た、と仮定します。
これはリターンロスが-20dB、（すなわち反射係数0.1）であることを意味します。
SWR 1.22とも言います。
これから3., 4.の整合の度合いがわかります。
（ベクトルはわかりませんが、大きさだけはわかります）

アイソレーションが十分大きくないと、正確な反射係数がわかりません。
S=1mmでは、結合度が小さくなり、大電力測定はできるようになりますが、アイソレーションが悪くなり、反射係数の測定精度が落ちることがお分かりいただけるかと思います。

言い忘れましたが、2端子等へ測定器を接続する場合、反対側の端子（3端子）には50Ω等の整合抵抗を入れる必要があります。

参考URL：http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/kairo/k4/k4_ …

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2005/06/19 18:19

マイクロ波通信で、送信機と受信機に一つのアンテナを接続する時に使うのがサーキュレータ。

この3者をつなぎ、マイクロ波は、送信機⇒アンテナ、アンテナ⇒受信機のみに伝達され、送信機⇒受信機の回り込みを防止します。携帯にも使われています。
マイクロ波測定などで、測定端子を取り出して、測定器の影響を機器に与えないようにしたり、マイクロ波を分離して相互干渉を防ぐのがアイソレータ。負荷を安定させるために終端したりバッファにも使われる。

余計ですが、No1.さんへの補足です。話しずれますが…
これはサーキュレータに似ていますが、ブリッジ回路の応用です。。送話機からの音声は2線にしか行きません。しかし、2線から受信した音声は、送話回路と受話回路に入りますが、送話出力にはインピーダンス整合により影響(反射)がありません。
自分の声が受話器から聞こえるのは側音と言って、わざと回り込みさせています(自分の声が自分の耳にはいる自然さを出している)。
なお、普通の電話はエコーの時間が短いので気になりませんが、IP電話や衛星電話などは時間差があるのでエコーキャンセラを使いますが、先の回路とは別な機能です。

No.2 回答者： picpom 回答日時： 2005/06/19 06:27

それぞれを検索した方がより詳しく判ります。

まずは、自分で調べて具体的な質問をしないと進歩しません。

品とは、主に送信機などのレベル調製や信号ピックアップに使用します。

尚、１の回答で電話内部に方向性結合器を使っていると言うのは初耳です。
アイソレーターならともかく、結合器の２次側をどう使用するのか私も知りたいです。

No.1 回答者： info22 回答日時： 2005/06/18 15:26

電話線は家庭からNTTに2本線で接続されています。

この2本線の撚り線に相手に送る送話信号と相手から受け取る受話信号が乗せられ伝送されます。
この両方の音声、つまり、自分が話した声と通話相手の話した声の両方が同じ大きさで受話器から聞こえてきたら、電話がしずらいですね。ここに、方向性結合器が使われています。自分の声は、自分の受話器には小さく、相手への送話と相手からの受話は大きく聞こえるような、また相手の所からのエコー（反射）音声のレベルを減衰させるような方向性結合器がそれぞれの電話機の中に組み込まれています。